Capitulo II Editado
112
CAPÍTULO II MARCO TEÓRICO 1. ANTECEDENTES DE LA INVESTIGACIÓN A continuación, se muestran las investigaciones previas relacionadas con el presente estudio: Siu M., Nelson; Artigas T., José C. “Diseño de un Sistema de Mantenimiento preventivo para las estaciones de bombeo y La Planta de tratamiento de aguas servidas Maracaibo Sur”. Universidad del Zulia. Facultad de Ingeniería. Escuela de Industrial. Maracaibo, Junio de 2004. El presente trabajo tuvo como objetivo crear un sistema de mantenimiento preventivo que proporcione a las estaciones de bombeo La Silva y El Parque, y la planta de tratamiento de aguas servidas Maracaibo Sur las actividades, los procedimientos e instrucciones para la ejecución de los trabajos de forma eficiente y garantizar la minimización de paradas imprevistas o no programadas de los equipos, así como el tiempo fuera de servicio. Se realizó un análisis técnico de los equipos por medio de la observación directa y de la entrevista al personal con mayor conocimiento de estos. Además, se realizó una evaluación y
-
Upload
mario-a-uzcategui-o -
Category
Documents
-
view
225 -
download
1
description
Marco Metodológico de un Sistema de tratamiento de aguas servidas
Transcript of Capitulo II Editado
CAPÍTULO II
MARCO TEÓRICO
1. ANTECEDENTES DE LA INVESTIGACIÓN
A continuación, se muestran las investigaciones previas relacionadas con el presente
estudio:
Siu M., Nelson; Artigas T., José C. “Diseño de un Sistema de Mantenimiento preventivo para las estaciones de bombeo y La Planta de tratamiento de aguas servidas Maracaibo Sur”. Universidad del Zulia. Facultad de Ingeniería. Escuela de
Industrial. Maracaibo, Junio de 2004.
El presente trabajo tuvo como objetivo crear un sistema de mantenimiento
preventivo que proporcione a las estaciones de bombeo La Silva y El Parque, y la
planta de tratamiento de aguas servidas Maracaibo Sur las actividades, los
procedimientos e instrucciones para la ejecución de los trabajos de forma eficiente y
garantizar la minimización de paradas imprevistas o no programadas de los equipos,
así como el tiempo fuera de servicio. Se realizó un análisis técnico de los equipos por
medio de la observación directa y de la entrevista al personal con mayor conocimiento
de estos. Además, se realizó una evaluación y análisis del sistema por medio de las
normas COVENIN 2500-93. Posteriormente, se estableció la organización del
mantenimiento y la descripción de sus cargos, se realizó un plan de mantenimiento
preventivo para los equipos de las estaciones de bombeo de La Silva y El Parque, y la
planta de tratamiento de aguas servidas Maracaibo Sur. Además, se elaboró y se
estableció el flujo de los documentos utilizados e indicadores de evaluación del
mantenimiento. Luego se elaboró el manual de mantenimiento preventivo.
Aparicio G., Arnoldo J.; Troncone D., Amilcar J. “Ingeniería Básica para la Automatización y la Supervisión de las estaciones de bombeo de aguas servidas del Sistema de Tratamiento Maracaibo Sur”. Trabajo especial de grado para optar al
titulo de Ingeniero Electricista. Maracaibo, Facultad de Ingeniería, Universidad del Zulia,
Junio 2004.
El Instituto para la Conservación de la Cuenca del Lago de Maracaibo (ICLAM)
actualmente opera el sistema de tratamiento Maracaibo Sur, compuesto por las
estaciones de bombeo El Parque, La Silva, Varadero y Arriaga, y la planta de
tratamiento de aguas servidas Maracaibo Sur. Las estaciones bombean las aguas
servidas procedentes de los diferentes colectores de la zona sur hasta la planta,
encargada del tratamiento de dichas aguas. Estas estaciones presentan un alto nivel de
accidentes durante el proceso de bombeo, además de poseer una instrumentación
obsoleta. En este trabajo de ingeniería básica se elabora una solución de
automatización y supervisión del sistema, planteando una instrumentación de
vanguardia, comprendida por software y equipos encargados del control y la
supervisión del proceso. Se propone una nueva arquitectura de funcionamiento que
empleara un centro de control para centralizar y administrar todos los datos
provenientes del campo, por medio de un sistema SCADA, un control automático
directo (ON/OFF) para el mando de los equipos de bombeo, a través de controladores
lógicos programables y un conjunto de equipos e instrumentos para la adquisición de
señales pertinentes al proceso. Las estaciones de bombeo en la planta de tratamiento
se comunicaran al centro de control por medio de un enlace de radiofrecuencia punto a
punto, utilizando tecnología radiomodems y antenas direccionales.
Finalmente, se somete a un análisis de costos a cada una de las fases o etapas que
constituyen la arquitectura propuesta para la automatización y la supervisión del
sistema de tratamiento Maracaibo Sur.
García Parra, Roberto Rafael. “Formulación y Evaluación del sistema de recolección, tratamiento y disposición final de aguas servidas de la Isla de San Carlos”.
Trabajo especial de grado practica profesional, pasantias para optar al titulo de
economista. Escuela de Economía. Facultad de Ciencias Económicas y Sociales.
Universidad del Zulia. Maracaibo, 1999. El objetivo del presente trabajo especial de
grado: practica profesional pasantía, consiste en formular y evaluar el proyecto de
sistema de recolección, tratamiento y disposición final de aguas servidas de la Isla San
Carlos, Municipio Almirante Padilla del Estado Zulia para solventar el problema de la
carencia de este servicio publico, básico para la salud y desarrollo socio económico de
esa comunidad. La población objetivo abarca la población natural, visitante y turista. El
proyecto incluye los costos de inversión, así como los gastos de operación que realizará
para los primeros cinco (5) años. El estudio base del proyecto es descriptivo de tipo
documental y bibliográfico, apoyado en las técnicas de observación de campo. Se
concluye que el proyecto no es rentable en términos financieros, pero es indispensable
para el desarrollo socioeconómico de la Isla.
2. BASES TEÓRICAS
A continuación se presentara las diferentes bases teóricas, conceptuales que
sustentaran el marco teórico de la presente investigación. Es por ello la necesidad del
diseño de un sistema de aguas servidas para una plataforma petrolera ya que el agua
es uno de los recursos naturales más fundamentales, y junto con el aire, la tierra y la
energía constituye los cuatro recursos básicos en que se apoya el desarrollo.
Los proyectos de aguas servidas son ejecutados a fin de evitar los efectos de los
contaminantes descritos anteriormente en cuanto al ambiente humano y natural.
Cuando son ejecutados a fin de evitar o aliviar los efectos contaminantes descritos
Cuando no son ejecutados correctamente, su impacto total sobre el ambiente es
positivo.
2.1. CONTAMINANTES DEL AGUA
Agentes patógenos.- Bacterias, virus, protozoarios, parásitos que entran a las
aguas provenientes de desechos orgánicos.
Desechos que requieren oxígeno.- Los desechos orgánicos pueden ser
descompuestos por bacterias que usan oxígeno para biodegradarlos. Si hay
poblaciones grandes de estas bacterias, pueden agotar el oxígeno del agua,
matando así las formas de vida acuáticas.
Sustancias químicas inorgánicas.- Ácidos, compuestos de metales tóxicos
(Mercurio, Plomo), envenenan el agua.
Los nutrientes vegetales pueden ocasionar el crecimiento excesivo de plantas
acuáticas que después mueren y se descomponen, agotando el oxígeno del agua y
de este modo causan la muerte de las especies marinas (zona muerta).
Sustancias químicas orgánicas.- Petróleo, plásticos, plaguicidas, detergentes
que amenazan la vida.
Sedimentos o materia suspendida.- Partículas insolubles de suelo que enturbian
el agua, y que son la mayor fuente de contaminación.
Sustancias radiactivas que pueden causar defectos congénitos y cáncer.
Calor.- Ingresos de agua caliente que disminuyen el contenido de oxígeno y hace
a los organismos acuáticos muy vulnerables.
2.2.1.1 Fuentes puntuales y no puntuales
1. Las fuentes puntuales descargan contaminantes en localizaciones específicas
a través de tuberías y alcantarillas. Ej.: Fábricas, plantas de tratamiento de
aguas negras, minas, pozos petroleros, etc.
2. Las fuentes no puntuales son grandes áreas de terreno que descargan
contaminantes al agua sobre una región extensa. Ej.: Vertimiento de
sustancias químicas, tierras de cultivo, lotes para pastar ganado,
construcciones, tanques sépticos.
2.2.1.2 Contaminación de ríos y lagos
Las corrientes fluviales debido a que fluyen se recuperan rápidamente del exceso de
calor y los desechos degradables. Esto funciona mientras no haya sobrecarga de los
contaminantes, o su flujo no sea reducido por sequía, represado, etc.
2.2.1.3 Aguas residuales
Las aguas residuales son materiales derivados de residuos domésticos o de
procesos industriales, los cuales por razones de salud publica y por consideraciones de
recreación económica y estética, no pueden desecharse vertiéndolas sin tratamiento en
lagos o corrientes convencionales.
La contaminación del agua por tuberías de desechos debe ser controlada de alguna
manera. El déficit local y regional de agua es debido, sobre todo, al aumento de las
necesidades surgidas del desarrollo económico y de la explosión demográfica., el
hombre ha utilizado el agua para fines cada vez más numerosos, y su dependencia de
ese elemento no ha hecho más que crecer.
El recurso agua es cada vez más apreciado, tanto para uso doméstico industrial o
agrícola. Su escasez, sobre todo en las zonas áridas y semiáridas, la sitúan como
prioridad vital para el desarrollo de las poblaciones: "si no hay agua, no hay
vida".Muchos son los programas emprendidos para el uso racional del vital líquido; sin
embargo; gran parte de ellos adolecen de objetividad, ya sea por su difícil aplicación o
por el elevado costo que representan; es más, se ataca el problema desde puntos de
vista sofisticados (se piensa que el modelo más complicado es el mejor).
Se habla de las plantas tratadoras para reutilización del agua en ciertas actividades
donde no se requiere la calidad de potable (claro, dado el acondicionamiento de las
aguas degradadas). Pero hemos olvidado que también hay desperdicios que no están a
la vista y por ello no les ponemos atención, adicionalmente, la contaminación causada
por los efluentes domésticos e industriales, la deforestación y las prácticas del uso del
suelo, está reduciendo notablemente la disponibilidad de agua utilizable.
En la actualidad, una cuarta parte de la población mundial, es decir, mil quinientos
millones de personas, que principalmente habitan en los PED (Países en Desarrollo)
sufren escasez severa de agua limpia, lo que ocasiona que en el mundo haya más de
diez millones de muertes al año producto de enfermedades hídricas.
3. CLASIFICACIÓN DE LOS CONTAMINANTES DEL AGUA
Los contaminantes del agua se clasifican en tres categorías:
3.1. Contaminantes químicos,
Estos componen tanto productos químicos orgánicos como inorgánicos. El
aspecto fundamental de la contaminación de productos orgánicos es la disminución del
oxigeno como resultante de la utilización del existente en el proceso de degradación
biológica, llevando con ello a un desajuste y a serias perturbaciones en el medio
ambiente. En el caso de compuestos inorgánicos el resultado más importante es su
posible efecto tóxico, más que una disminución de oxigeno. Sin embargo, hay
casos en los cuales los compuestos inorgánicos presentan una demanda de oxigeno,
contribuyendo a la disminución del mismo.
3.2. Contaminantes físicos, estos incluyen:
Cambios térmicos, la temperatura es un parámetro muy importante por su efecto
en la vida acuática, en las reacciones químicas, velocidades de reacción y en la
aplicabilidad del agua a usos útiles, como el caso de las aguas provenientes de las
plantas industriales, relativamente calientes después de ser usadas en
intercambiadores.
El color el cual determina cualitativamente el tiempo de las aguas residuales, es
por ello que si el agua es reciente esta suele ser gris; sin embargo como quiera los
compuestos orgánicos son descompuestos por las bacterias, él oxigeno disuelto en el
agua residual se reduce a cero y el color cambia a negro.
3.3 Contaminantes BiológicosEstos son los responsables de las transmisiones de las enfermedades como el
cólera y la tifoidea.
Los contaminantes de las aguas residuales son normalmente una mezcla compleja
de compuestos orgánicos e inorgánicos. Normalmente no es ni practico ni posible
obtener un análisis completo de la mayoría de las aguas servidas.
Es por esto que las aguas residuales dependiendo de la cantidad de estos
componentes se clasifican en fuerte y débil. Debido a que la concentración como la
composición va variando con el transcurso de tiempo, con los datos siguientes solo se
pretende dar una orientación para la clasificación de las aguas servidas.
Tabla # 1
(Concentración (mg/l)
Constituyente Fuerte Media Débil
Sólidos, en total
Disueltos, en total
Suspendidos, en
total
1200
850
350
700
500
250
350
250
100
Demanda
Bioquímica de
Oxigeno
300 200 100
Nitrógeno
Amoniaco Libre
Fósforo
Alcalinidad
Grasa
85
50
20
200
150
40
25
10
100
100
20
12
6
50
50
(Allier.Castillo.Fuse, 1999)
4 FORMAS DE MEDIR LA CALIDAD DE LAS AGUAS
4.1 Análisis del pH
La concentración del ion hidrogeno es un importante parámetro de calidad tanto para
aguas naturales como aguas residuales. El intervalo de concentración para la existencia
de la mayoría de la vida biológica es muy estrecho y critico. El agua industrial con una
concentración adversa de ion de hidrogeno es difícil de tratar con métodos biológicos y
si la concentración no se altera antes de la evacuación, el efluente puede alterar la
concentración de las aguas naturales.
El pH de los sistemas acuosos puede medirse convencionalmente con un pH-metro,
así como se pueden utilizar indicadores que cambian de colora determinados valores
de pH.
pH=-log[H+]
La alcalinidad en el agua residual se debe a la presencia de hidroxilo, carbonatos y
bicarbonatos de elementos tales como calcio, magnesio, sodio, potasio o amoniaco,
esta alcalinidad la va adquiriendo del agua de suministro, del agua subterránea y de
materias añadidas durante el uso domestico. La concentración de alcalinidad en el agua
residuales importante deba efectuarse un tratamiento químico o muestras en que se
deba eliminar el amoniaco.
4.2 Ensayos biológicos
Otra forma de medir la toxicidad de las aguas residuales en lo que respecta a la vida
biológica son los ensayos biológicos. La finalidad de estos específica es:
Determinar la concentración de un agua residual dada que se produzca la
muerte de un 50% de los organismos de ensayo en un periodo de tiempo
especificado.
Determinar la concentración máxima que no causa efecto aparente sobre los
organismos de ensayo durante 96 horas.
Se consiguen estos objetivos introduciendo peces u otros animales adecuados en
acuario conteniendo distintas concentraciones del agua residual en cuestión y
observando seguidamente su supervivencia a lo largo del tiempo.
4.3. Demanda Bioquímica de Oxigeno (DBO)
La demanda bioquímica de oxigeno se usa como una medida de la cantidad de
oxigeno requerido para la oxidación de la materia orgánica biodegradable presente en
la muestra de agua y como resultado de la acción de oxidación bioquímica aeróbica, es
por esto que este parámetro de polución sea tan utilizado en el tratamiento de las aguas
residuales, ya que con los datos arrojados se pueden utilizar para dimensionar las
instalaciones de tratamiento, medir el rendimiento de algunos de estos procesos.
Con los datos de la DBO podrá así mismo calcularse la velocidad a la que se
requerirá él oxigeno. La demanda de oxigeno de aguas residuales es resultado de tres
tipos de materiales:
Materiales Orgánicos Carbónicos, utilizados como fuentes de alimentación por
organismos aeróbicos.
Nitrógeno Oxidable, derivado de la presencia de nitritos, amoniaco y en general
compuestos orgánicos nitrogenados que sirven de alimento para bacterias
especificas.
5 OBJETIVO DEL TRATAMIENTO DE AGUAS SERVIDASe puede indicar que el objetivo del tratamiento de aguas residuales es la
“conversión del agua residual proveniente del uso de las aguas de abastecimiento, en
un efluente final aceptable a las condiciones del ambiente (estético, organoléptico y de
salud pública) y la disposición adecuada de los sólidos (lodos) obtenidos durante el
proceso de purificación”. (Ramalho Rubens, 1983, Pág. 98).
Esta definición deja entrever la necesidad de determinar primeramente la
característica de los desechos líquidos crudos y en segundo lugar, preestablecer las
características que debe tener el efluente tratado para no afectar el medio ambiente.
5.1 Composición de las aguas servidas
La composición de las aguas residuales es muy variable en razón de los diversos
factores que lo afectan. Entre estos se tiene el consumo promedio de agua por
habitante y por día que afecta su concentración (cantidad) y los hábitos alimenticios de
la población que caracteriza su composición química (calidad).
En general, las aguas servidas contienen aproximadamente un 99.9% de agua y
el resto está constituido por materia sólida. Los residuos sólidos están conformados por
materia mineral y materia orgánica. La materia mineral proviene de los subproductos
desechados durante la vida cotidiana y de la calidad de las aguas de abastecimiento.
La materia orgánica proviene exclusivamente de la actividad humana y está compuesta
por materia carbonácea, proteínas y grasas.
Las proteínas constituyen un gran porcentaje de la materia orgánica, están
representados por los complejos de amino ácidos que proporcionan la mayor parte de
los nutrientes bacterianos. Aproximadamente una parte de las proteínas se encuentran
disueltas en las aguas servidas la otra parte en la fracción sedimentable. La materia
carbonácea está constituida por los hidratos de carbono que a su vez están
constituidos por los almidones, los azúcares y la celulosa, de esta materia carbonácea,
los dos primeros son fácilmente degradables. Los porcentajes de hidratos de carbono
que se encuentran en forma disuelta sedimentable son semejantes a las proteínas.
En líneas generales, se considera que la composición de los residuos secos de
las aguas residuales en sus diversos constituyentes tienen los siguientes porcentajes:
· Materia orgánica 50%, mineral 50%.
· Materia sedimentable 20%, no sedimentable 80%.
· Materia sedimentable orgánica 67%, mineral 33%.
· Materia no sedimentable orgánica 50%, mineral 50%.
De otra parte, las aguas servidas, estén o no diluidas con aguas de lluvia,
contienen elementos contaminantes que al ser descargados al curso receptor pueden
causar impacto ambiental y poner en riesgo la salud del hombre. Los principales
contaminantes que contiene el agua residual y que pueden estar disueltos o
suspendidos, se agrupan en:
· Materia orgánica con grado variable de biodegradabilidad.
· Compuestos nitrogenados de origen orgánico y/o mineral.
· Compuestos fosforados de origen mineral.
· Microorganismos compuestos por organismos saprofitos y patógenos tales como
helmintos, protozoos, bacterias y virus.
Este conjunto de características confiere al agua las propiedades siguientes:
(a) Pestilente: Causados por la descomposición anaeróbica de la materia putrescible.
(b) Tóxico: Muchos compuestos orgánicos e inorgánicos tienen efectos negativos sobre
la flora y fauna.
(c) Infectivo: La presencia de microorganismos patógenos confiere al agua la propiedad
de transmitir enfermedades de origen hídrico.
(d) Estético: Modificación de la apariencia física.
Adicionalmente, las descargas domésticas e industriales, pueden causar la
polución térmica y la eutroficación de las masas de agua receptoras.
5.2 Evaluación de la calidad del agua servida
El diseño y manejo de las plantas de tratamiento de aguas servidas requieren de
una evaluación de la calidad de las aguas servidas. Los principales parámetros a ser
evaluados a este respecto son:
Sólidos Suspendidos Totales (SST): Están compuestos por partículas orgánicas
o inorgánicas fácilmente separables del líquido por sedimentación, filtración o
centrifugación.
Cuadro #1(Características de las aguas residuales y fuentes de origen)
Características físicasSólidos
Temperatura
Color
Olor
Suministro de agua, residuos industriales y domésticos
Residuos industriales y domésticos
Residuos industriales y domésticos
Descomposición de residuos líquidos
Características químicasOrgánicosProteínas
Carbohidratos
Aceites y grasas
Tensoactivos
Fenoles
Pesticidas
InorgánicospH
Cloruros
Nitrógeno
Fósforo
Azufre
Tóxicos
Metales pesados
Gases
Residuos comerciales y domésticos
Residuos comerciales y domésticos
Residuos comerciales, industriales y domésticos
Residuos industriales y domésticos
Residuos industriales
Residuos agrícolas
Residuos industriales
Suministro de agua, residuos industriales e infiltraciones
Residuos agrícolas y domésticos
Residuos agrícolas, industriales y domésticos
Suministro de agua y residuos industriales
Residuos industriales
Residuos industriales
Suministro de agua e infiltraciones
Residuos domésticos
Residuos domésticos
Oxígeno
Hidrógeno sulfurado
Metano
Características biológicasVirus
Bacterias
Protozoarios
Nematodos
Residuos domésticos
Residuos domésticos
Residuos domésticos
Residuos domésticos
(Ramalho Rubens, 1983)
- Demanda Química de Oxígeno (DQO): Es la cantidad de oxígeno necesaria
para la oxidación química (destrucción) de la materia orgánica. Esta prueba
proporciona un medio indirecto de la concentración de materia orgánica en el
agua residual.
- Demanda Bioquímica de Oxígeno en cinco días (DBO5): Es la cantidad de
materia orgánica fácilmente biodegradable durante cinco días y a 20°C y
corresponde a la cantidad de oxígeno necesaria para oxidar biológicamente la
materia orgánica. La relación DQO/ DBO5 proporciona una indicación de la
biodegradabilidad de las aguas residuales.
- Contenido de nutrientes (nitrógeno [N] y fósforo [P]): Estos compuestos,
conjuntamente con la materia carbonácea o DBO5 indican si las aguas
residuales tienen la adecuada proporción de nutrientes como para facilitar la
degradación de la materia orgánica presente en las aguas residuales.
Cuadro #2(Composición típica de tres clases de aguas residuales domésticas)
ConstituyenteConcentración mg/l
Alto Medio Bajo
Sólidos totales
Disuelto
Fijos
Volátiles
En suspensión
Fijos
Volátiles
Sólidos sedimentables ml/l-h
DBO (5 días, 20°C)
DQO
Nitrógeno total (como N)
Orgánico (como N)
Amoniacal (como N)
Fósforo total (como P)
Cloruros (Cl)
Alcalinidad (como CaCO3)
Grasas
Calcio (como Ca)
Magnesio (como Mg)
1200
850
525
325
350
75
275
20
300
570
85
35
50
20
100
200
150
110
10
700
500
300
200
200
50
150
10
200
380
40
15
25
10
50
100
100
50
9
350
250
145
105
100
30
70
5
100
190
20
8
12
6
30
50
50
10
8
Sodio (como Na) 100 50 23
(Ramalho Rubens, 1983)
· Contenido de gérmenes: Está conformado por Estreptococos, Coliforme fecal,
Salmonellas, Ascaris, Trichuris, Amebas, etc. Su presencia permite evaluar el peligro
a la salud debido a la contaminación biológica.
· Metales pesados: La presencia en las aguas residuales de metales pesados
tales como plomo, cadmio, selenio, cromo, cobre, etc., pueden ser
contraproducentes para su adecuado tratamiento, al afectar a la biomasa encargada
de la estabilización de la materia orgánica. Por este motivo su contenido debe ser
controlado en la fuente. En el cuadro 5 se indica las concentraciones de metales
pesados que afectan la tratabilidad de las aguas residuales.
6 RAZONES PARA EL TRATAMIENTO DE LAS AGUAS SERVIDAS
Según Falkenmark, M. (1990.) "El tratamiento de las aguas servidas es realizado
con el propósito de evitar la contaminación física, química, bioquímica, biológica y
radioactiva de los cursos y cuerpos de agua receptores”.El tratamiento persigue
evitar:
(a) Daños a los abastecimientos públicos, privados e industriales de suministro
de agua.
(b) Daño a las aguas destinadas a la recreación y el esparcimiento.
(c) Daños a las actividades piscícolas.
(d) Perjuicios a la agricultura y depreciación del valor de la tierra.
(e) Impacto al entorno ecológico.
El tratamiento de las aguas servidas ha sido una consecuencia del desarrollo de
la civilización y que se caracteriza por el aumento de la densidad demográfica y
expansión industrial. Las razones que justifican el tratamiento de las aguas servidas
pueden ser resumidas en cuatro puntos:
(a) Razones higiénicas o de salud pública.
(b) Razones económicas.
(c) Razones estéticas.
(d) Razones legales.
Cuadro #3.(Concentraciones de metales pesados que afectan la
tratabilidad de las aguas residuales)
Metal Expresión Concentración
Cobre
Cromo (3+)
Cromo (6+)
Cadmio
Zinc
Níquel
Cobalto
Cianuro
Sulfuro de hidrógeno
mg/L Cu
mg/L Cr
mg/L Cr
mg/L Cd
mg/L Zn
mg/L Ni
mg/L Co
mg/L CNmg/
L S2+
1 – 3
10 – 20
3 – 10
3 – 10
3 – 20
2 – 10
2 – 15
0.3 – 2
5 – 30
7 CRITERIOS PARA LA SELECCIÓN DE LOS PROCESOS DE TRATAMIENTO
El diseño de la planta de tratamiento de aguas servidas es uno de los aspectos
más desafiantes de la ingeniería sanitaria y ambiental. Ambos conocimientos
técnicos y experiencias prácticas son necesarios en la selección y análisis de los
procesos de tratamiento. Los principales elementos que intervienen en la selección
de los procesos de tratamiento son:
· Necesidad del cliente.
· Experiencias previas.
· Requerimientos de la calidad del agua residual tratada por parte de la agencia
reguladora.
· Selección y análisis de las operaciones y procesos unitarios.
· Compatibilidad con las facilidades existentes.
· Costo:
- Capital.
- Operación y mantenimiento.
- Evaluación económica.
· Consideraciones ambientales:
- Impacto de la instalación:
Pérdida de espacio físico.
Calidad del agua subterránea.
Flora y fauna marina.
- Impacto operacional:
Emisión de gases.
Ruidos.
Averías.
· Generación de residuos:
- Efluentes:
Aprovechamiento.
Disposición oceánica.
Disposición en lagos y lagunas.
Disposición en curso de agua.
- Lodos.
- Otros.
· Calidad de las aguas residuales:
- Sólidos suspendidos y disueltos.
- Materia orgánica e inorgánica.
- Nutrientes.
- Aceites y grasas.
- Microorganismos patógenos.
· Otras consideraciones:
- Tecnología adecuada.
- Disponibilidad de equipos y repuestos.
- Requerimientos de personal.
- Requerimientos de energía.
- Otros.
8. MÉTODOS DE TRATAMIENTO
Actualmente existe la tendencia de agrupar los métodos de tratamiento en dos
grandes grupos e independientemente de la eficiencia remocional de la carga
orgánica: operaciones unitarias y procesos unitarios. En el primer caso predomina la
aplicación de principios físicos y en el segundo la actividad química o biológica.
En el pasado, los procesos y las operaciones unitarias se agrupaban bajo la
denominación de tratamiento primario, secundario y terciario. En el tratamiento
primario se agrupaban las operaciones del tipo físico, en el secundario los procesos
biológicos de asimilación de la materia orgánica y el término terciario o tratamiento
avanzado se ha aplicado a las operaciones y procesos utilizados para eliminar
contaminantes no removidos por el tratamiento primario o secundario.
La selección del proceso de tratamiento depende del uso al cual se le destinará al
efluente tratado, la naturaleza del agua servidal, la compatibilidad de las distintas
operaciones y procesos, los medios disponibles de evacuación de los contaminantes
finales y la posibilidad económica de las distintas combinaciones.
9. CLASIFICACIÓN DEL TRATAMIENTO DE AGUAS SERVIDAS
Por motivos de practicidad y por la costumbre existente en Latinoamérica y el
Caribe, en el presente documento se definirán las etapas de tratamiento de la
manera siguiente:
- Tratamiento preliminar.
- Tratamiento primario.
- Tratamiento secundario.
- Tratamiento avanzado o terciario.
- Desinfección.
- Disposición de lodos.
9.1 Tratamiento preliminar
Está destinado a la preparación o acondicionamiento de las aguas residuales
con el objetivo específico de proteger las instalaciones, el funcionamiento de las
obras de tratamiento y eliminar o reducir sensiblemente las condiciones indeseables
relacionadas principalmente con la apariencia estética de las plantas de tratamiento.
Los objetivos de tratamiento de las unidades preliminares se muestran en el cuadro
# 4.
Cuadro #4.(Objetivo de los procesos de pretratamiento)
PROCESO OBJETIVO
Rejas o tamices Eliminación de sólidos gruesos
Trituradores Desmenuzamiento de sólidos
Desarenadores Eliminación de arenas y gravilla
Desengrasadores Eliminación de aceites y grasas
Preaeración Control de olor y mejoramiento del
comportamiento hidráulico
Falkenmark, M. (1990.) "
9.2 Tratamiento primario
Tiene como objetivo la remoción por medios físicos o mecánicos de una parte
sustancial del material sedimentable o flotante. Es decir, el tratamiento primario es
capaz de remover no solamente la materia que incomoda, sino también una fracción
importante de la carga orgánica y que puede representar entre el 25% y el 40% de la
DBO y entre el 50% y el 65% de los sólidos suspendidos. Entre los tipos de
tratamiento primario se citan:
- Sedimentación primaria.
- Flotación.
- Precipitación química.
- Filtros gruesos.
- Oxidación química.
- Coagulación, floculación, sedimentación y filtración.
9.3 Tratamiento secundario
La reducción de los compuestos orgánicos presente en el agua residual,
acondicionada previamente mediante tratamiento primario, se realiza
exclusivamente por procesos biológicos. Este proceso reduce o convierte la materia
orgánica finamente dividida y/o disuelta, en sólidos sedimentables floculentos que
puedan ser separados por sedimentación en tanques de decantación. Los procesos
biológicos más utilizados son los lodos activados y filtros percoladores.
Son muchas las modificaciones de estos procesos que se utilizan para hacer
frente a los requerimientos específicos de cada tratamiento. Asimismo, dentro de
este grupo se incluyen a las lagunas de estabilización y aeradas, así como el
tratamiento biológico empleando oxígeno puro y el tratamiento anaeróbico. Los
tratamientos biológicos de esta categoría tienen una eficiencia remocional de la DBO
entre el 85% al 95%, y están compuestos por:
(a) Filtración biológica:
- Baja capacidad (filtros clásicos).
- Alta capacidad:
Filtros comunes.
Biofiltros.
Aero-filtros.
Accelo-filtros.
(b) Lodos activados:
- Convencional.
- Alta capacidad.
- Contacto estabilización.
- Aeración prolongada.
(c) Lagunas:
- Estabilización:
Aerobia.
Facultativa.
Maduración.
- Aerada:
Mezcla completa.
Aerada facultativa.
Facultativa con aeración mecánica.
Difusión de aire.
(d) Otros:
- Anaeróbicos:
Contacto.
Filtro anaerobio.
Reactor anaeróbico de flujo ascendente.
- Oxígeno puro:
Unox / linde.
- Discos rotatorios.
9.4 Tratamiento avanzado o terciario
Tiene como objetivo complementar los procesos anteriormente indicados para
lograr efluentes más puros, con menor carga contaminante y que pueda ser utilizado
para diferentes usos como recarga de acuíferos, recreación, agua industrial, etc. Las
sustancias o compuestos comúnmente removidos son:
(a) Fosfatos y nitratos.
(b) Huevos y quistes de parásitos.
(c) Sustancias tenso activas.
(d) Algas.
(e) Bacterias y virus (desinfección).
(f) Radionuclidos.
(g) Sólidos totales y disueltos.
(h) Temperatura.
Los procesos de tratamiento de esta categoría están conformados por
procesos físicos, químicos y biológicos.
9.5 Desinfección
Se emplea para reducir principalmente el contenido de bacterias, virus y
quistes amebianos en las aguas residuales tratadas, previo a su disposición final. La
desinfección consiste en la destrucción selectiva de los organismos causantes de
enfermedades.
La desinfección suele realizarse mediante agentes químicos, físicos,
mecánicos y radiación. De ellos el más utilizado es la desinfección química con
cloro.
9.6 Manejo de lodos
El tratamiento de las aguas residuales produce una serie de subproductos
como son los residuos de las rejas, desarenadores y sedimentadores. Este caso
específico se refiere a los productos retenidos en los sedimentadores tanto primario
como secundarios y que vienen a conformar la parte más importante de los
subproductos.
Los lodos antes de su disposición final deben ser acondicionados a causa del
alto contenido de materia orgánica putrescible y que de ninguna manera pueden ser
dispuestos libremente.
El lodo procedente de las plantas de tratamiento, varía según el tipo de
planta. En líneas generales se puede indicar que los lodos provienen de la
sedimentación primaria y representa entre el 0.22% y el 0.93% del volumen de agua
residual y el contenido de sólidos volátiles es del 63% al 83%.
En el caso de los lodos provenientes de la sedimentación secundaria, varían
en función de los procesos. Los lodos resultantes de los filtros percoladores
muestran un rendimiento de 0.08% a 0.10% del caudal tratado y el contenido de
sólidos volátiles es del 60% en promedio. Los lodos activados comúnmente
presentan rendimiento del 1.2 al 1.5 del volumen de agua tratado con un contenido
de humedad de 97% al 99%. Los procesos típicos de manejo de lodos son:
concentración (espesamiento, digestión, acondicionamiento, deshidratación o
secado, incineración y oxidación).
De éstos, la digestión, incineración u oxidación por vía húmeda son los más
empleados para la reducción de la materia orgánica, y la concentración,
acondicionamiento y deshidratación para la eliminación de la humedad.
El tratamiento de la materia orgánica persigue:
(a) Reducción apreciable del contenido de la materia orgánica volátil.
(b) Aumento del contenido de sólidos fijos.
(c) Reducción del contenido de humedad.
(d) Mayor posibilidad de drenaje del agua contenida en los lodos.
(e) Producción de gases, principalmente metanos.
En el cuadro 5 se resumen las características de los lodos procedentes de diferentes
procesos de tratamiento.
Cuadro #5
(Características de los lodos)
TIPO DE LODO ASPECTO OLOR SECADO HUMEDAD(%)
Primario Pardo y pegajoso Fuerte Difícil 95.0 - 97.5
Secundario
Filtro biológico Ceniciento
Floculento
Medio Medio 92.0 – 95.0
Lodo activado Marrón floculento Suave Difícil 98.5 – 99.5
Precipitación química Ceniciento
Gelatinoso
Fuerte Difícil 93.0 – 95.0
Lodo séptico Negro Fuerte
Lodo digerido
Negro homogéneo
Granular Suave Fácil
S.P. 87
F.B. 90
L.A. 93
P.Q. 90
S.P. Sedimentador primario F.B. Filtro biológico
L.A. Lodo activado P.Q. Precipitación química
TRATAMIENTOPRELIMINAR
TRATAMIENTO PRIMARIO
TRATAMIENTO SECUNDARIO
TRATAMIENTOTERCIARIO
DESCARGA MANEJO DE LODOS
Químico FísicoRemoción materiaorgánica y coloidal
Remoción desólidossuspendidos
Tratamiento
Disposiciónfinal
Desbaste
Rejas
Rejillas
Cedazos
Trituradores
Desarenado
Separación
aceite
y grasas
Homogeniza-
Neutralizaci
ón
Coag/
sedimen
Cloración
Adición de
nutrientes
Flotación
Sedimenta
ción
(T. Imhoff)
(T.
Séptica)
Lodos
activados
Convenciona
l
Alta
capacidad
Contacto
estabiliza
Aeración
prolongad
Filtración
biológica
Filtros
percoladores
Sedimenta
ción Coagulac/sedim
Filtración
Adsorción
carbón
activado
Intercambio
iónico
Destilación
Ósmosis
inversa
Electrodiálisis
Aplicación en
suelo
Cuerpo
receptor
Río
Lago
Mar
Controlada
Aplicación
en
suelo
Evaporació
n
Digestión
aeróbica
Digestión
anaeróbica
En una
etapa
Dos
etapas
Centrifuga
ción
Espesamie
Incineración
Relleno
Acondiciona-
dor
de suelo
Disposición al
mar
Compost
ción Alta tasa
Baja tasa
Fase simple
Fase doble
Discos
rotatorios
Proceso
Unox/Linde
Laguna
estab.
Aeróbica
Anaeróbica
Facultativa
Laguna
aerada
Mezcla
completa
Aerada
facultativa
Facultativa
con
aeración
Cloración u
ozonización
Infiltración
Evapotrans
p.
nto
Filtración
al
vacío
Lavado
(elutria-
ción)
Lagunas
Lechos de
secado
mecánica
Difusión de
aire
Anaeróbica
Por contacto
Filtro
anaeróbico
RAFA
9.7 Compuestos Químicos Reductores.
Los métodos de tratamiento en los que predominan la aplicación de
principios físicos se conoce como Tratamiento Primario. Los métodos de
tratamiento en los que la eliminación de contaminantes se efectúa por actividad
química o biológica es conocido como Tratamiento Secundario. Recientemente
el Tratamiento Terciario o Avanzado se ha aplicado a las operaciones o
procesos utilizados para eliminar contaminantes que no se han visto afectados
por los tratamientos antes mencionados.
9.8 Diagrama de Flujo para una planta de Lodos Activos
Tratamiento Primario
a) Desbaste
La primera operación unitaria en las plantas de tratamiento de aguas
residuales es la operación de desbaste. Una rejilla es un dispositivo con
aberturas uniformes utilizado para retener generalmente los sólidos de cierto
tamaño que arrastran las aguas residuales. Estos dispositivos además sirven
para proteger las bombas, válvulas y otros elementos contra posibles daños y
para evitar que se obstruyan por trapos o elementos de gran tamaño.
Es por esto que las partículas mayores que loa 0.5 cm pueden
eliminarse mediante desbaste, siendo esta la mas económica entre las
operaciones unitarias. Otro mecanismo utilizado frecuentemente son las
trituradoras en lugar de rejillas. Estos elementos rompen o desgarran los
sólidos en suspensión retenidos en las rejas.
b) Desarenadores
La misión de los desarenadores es separar las arenas, la grasa, las cenizas
y cualquier otro material pesado que tenga velocidad de sedimentación o peso
especifico superior a la de los sólidos orgánicos putrescibles del agua residual.
c) Pretratamiento
El pretratamiento consiste en eliminar la grasa y la espuma de las aguas
servidas, antes de la sedimentación primaria, al objeto de mejorar su calidad. El
pretratamiento se compone de:
Tanques separadores de grasa: estos consisten en depósitos dispuestos
de tal manera que la materia flotante ascienda y permanezca en la superficie
del agua residual hasta que se recoja y se elimine, mientras el líquido sale del
tanque en forma continua, a través de una abertura situada en el fondo. Entre
los residuos que recoge están el aceite, grasa, jabón, pedazos de madera y
corcho, residuos vegetales entre otros.
Preaireación: Los objetivos que persigue el airear el agua residual antes
de la sedimentación primaria son: mejorar su tratabilidad, procurar la
separación de las grasas, control de los olores, eliminación de arenas y
aumentar las eliminaciones de DBO.
Floculación: una parte esencial de cualquier sistema de precipitación
química, o químicamente asistida es la agitación con vistas a aumentar la
posibilidad de contacto de entre las partículas (floculación), tras la adición de
unos productos químicos, el objetivo de este es aumentar la eliminación de
sólidos suspendidos y la eliminación de DBO.
Sedimentación: la sedimentación es la separación de las partículas más
pesadas en el agua mediante acción de la gravedad. Es una de las
operaciones unitarias mas utilizadas en el tratamiento de las aguas servidas.
Este tratamiento tiene como propósito fundamental obtener un efluente
clarificado, pero también es necesario producir un fango con una concentración
de sólidos que pueda ser tratado con facilidad.
En algunos casos, la sedimentación es el único paso en el tratamiento que
se somete el agua servida. En una planta típica de lodos activados la
sedimentación se efectúa en tres pasos:
Desarenadores, en donde la materia orgánica se elimina.
Sedimentadores primarios, que preceden al reactor biológico en donde
los sólidos orgánicos y otros se separan.
Sedimentadores secundarios, que siguen al reactor biológico, en los
cuales el lodo biológico se separa del efluente tratado.
En base a la concentración y a la tendencia a la interacción de las partículas
pueden efectuarse cuatro clasificaciones generales sobre la forma de dichas
partículas que se depositan. Es frecuente que se produzca más de un tipo de
sedimentación en un momento dado durante la sedimentación y también es
posible que los cuatro tipos se tengan en forma simultánea.
Sedimentación del tipo 1
Esta se refiere a la sedimentación de partículas discretas en una suspensión
de sólidos de concentración muy baja. Las partículas se depositan como
entidades individuales y no existe interacción significativa con las partículas
más próximas. Un ejemplo típico es una suspensión de partículas de arena.
Este tipo de sedimentación también se le conoce como sedimentación libre.
Sedimentación del tipo 2
Se refiere a una suspensión diluida de partículas que se agregan, o floculan
durante la sedimentación.
Para determinar las características de sedimentación de una suspensión de
partículas puede utilizarse una columna de sedimentación, en los cuales los
orificios de muestreo deben colocarse a una distancia alrededor de 0.5 mt. La
solución con materia suspendida se introduce a la columna de tal modo que se
produzca una distribución de los tamaños de las partículas en todo el tubo.
La temperatura durante el proceso es uniforme a lo largo de todo el ensayo,
a fin de eliminar las corrientes de convección. La sedimentación deberá tener
lugar en condiciones de reposo. A distintos intervalos de tiempo, se retiran las
muestras de los orificios y se analizan para ver el número de sólidos en
suspensión.
*Columna de sedimentación * Esquema de las regiones de sedimentación
para un lodo activado
Sedimentación Zonal y por Compresión
En los sistemas que tienen gran cantidad de sólidos en suspensión, además
de los otras tipos de sedimentación (tipo 1 y 2), suele producirse una
sedimentación zonal y por compresión. Debido a las características hidráulicas
del flujo alrededor de las partículas y de las fuerzas interparticulares, aquellas
depositan como una zona o "en capa", manteniéndose la posición relativa entre
ellas.
Conforme esta zona va sedimentando se produce un volumen de agua
relativamente clara por encima de la región de sedimentación zonal, consiste
en un escalonamiento de concentración de sólidos a partir de la hallada en la
región de sedimentación del tipo 2 hasta que se encuentren la región
comprimida.
A medida que se prosigue la sedimentación, comienza a formarse en el
fondo del cilindro una capa de partículas comprimidas. Las partículas de esta
región forman aparentemente una estructura en la que existe un contacto físico
entre las mismas. Cuando se forma la capa de compresión, las regiones que
tienen las concentraciones de sólidos cada vez menores que las halladas en la
región de compresión se van desplazando hacia la parte superior.
Tratamiento Biológico
Los objetivos que persigue el tratamiento biológico del agua servida son la
coagulación y eliminación de los sólidos coloidales no sedimentables y la
estabilización de la materia orgánica. En el caso de:
Agua residual domestica, el principal objetivo es disminuir el contenido
orgánico.
Agua que ha de ser usada para fines agrícolas se pretende eliminar los
nutrientes tales como el nitrógeno y el fósforo, que son capaces de estimular el
crecimiento de plantas acuáticas.
Aguas residuales industriales, la finalidad es reducir la concentración de
compuestos orgánicos e inorgánicos.
Los procesos biológicos se clasifican según la dependencia del oxigeno por
parte de los microorganismos fundamentalmente responsables del tratamiento
de los residuos.
Importancia de los Microorganismos y bacterias
Para proyectar correctamente el sistema de lodos activados es ver la
importancia de los microorganismos dentro del sistema. En la naturaleza, el
papel clave de las bacterias es el de descomponer la materia orgánica
producida por otros organismos vivientes. En el proceso de lodos activados, las
bacterias son los microorganismos mas importantes, ya que estos son la causa
de descomposición de la materia orgánica del efluente.
En el reactor parte de la materia orgánica del agua residual es utilizada
por las bacterias aeróbicas con el fin de obtener energía para la síntesis del
resto de la materia orgánica en nuevas células.
Otro tipo de microorganismos igualmente de importantes son los protozoos y
rotíferos que actúan como depurificadores de los efluentes. Los protozoos
consumen las bacterias dispersas que no han floculado y los rotíferos
consumen partículas biológicas que no hallan sedimentado.
En realidad solo parte del residuo original es verdaderamente oxidado a
compuestos de bajo contenido energético tales como el NO3-2, SO4-2 y CO2 ;
el resto es sintetizado en materia celular.
Además de la materia orgánica, existen también compuestos inorgánicos
que producen DBO. El compuesto mas importante es el amoniaco, ya que su
presencia en el efluente de la planta puede estimular el descenso del oxigeno
disuelto en la corriente receptora través del proceso biológico de nitrificación. El
amoniaco se oxida biológicamente a nitrito y este es seguidamente oxidado por
otro grupo de microorganismos a nitrato, que es el estado de oxidación final de
los compuestos de nitrógeno y como tal representa su producto estabilizado.
La dependencia de la temperatura en la constante de la velocidad de la
reacción biológica es muy importante a la hora de evaluar la eficacia total del
tratamiento biológico. La temperatura no solo influye en las actividades
metabólicas sino que tiene un profundo efecto en factores tales como las tasas
de transferencias de gases y características de sedimentación de sólidos
biológicos.
Tratamiento Avanzado de Aguas Residuales
Muchas de las sustancias halladas en el agua residual se ven poco o nada
afectadas por los procesos u operaciones y tratamientos convencionales. Estas
sustancias van desde iones inorgánicos relativamente simples como el calcio,
potasio, nitrato, sulfato y fosfato hasta un número creciente de compuestos
complejos orgánicos sintéticos.
Aun el efecto de estas sustancias sobre el medio ambiente no se conoce
bien, las exigencias de los tratamientos serán más rigurosas en lo que refiere a
la concentración tolerable de muchas de estas sustancias en el efluente de las
plantas.
En la siguiente tabla se verán algunos componentes químicos típicos que
pueden hallarse en las aguas residuales y sus efectos.
Componente Efecto Concentración
Critica (mg/l)
Amoniaco - Aumenta la demanda de
cloro.
- Tóxico para los peces.
- Puede convertirse en Nitratos.
Cualquier
cant.
2.5
Cualquier
cant.
Cloruro - Imparte un sabor salado.
- Interfiere en los proceso
Industriales.
250
75-200
Mercurio - Tóxico para los seres
humanos.
- Tóxico para la vida acuática.
0.005
0.005
Sulfato - Acción catártica. 1-3
Fosfato - Estimula el crecimiento
acuático de las algas.
- Interfiere en la coagulación.
0.015
0.2-0.4
Nitrato - Estimula el crecimiento
acuático de las plantas.
- Puede causar
Metahemoglobina (niños azul).
0.3
10
Calcio y Magnesio - Aumenta la dureza. Mayor a 100
El tratamiento terciario o Avanzado es de gran interés hoy en día por la
necesidad de obtener mejor calidad en las aguas, por estos motivos se
presentaran algunos procesos utilizados con éxito en la actualidad o que
parecen más prometedores o innovadores.
Destilación
La destilación es una operación es una operación unitaria en la que los
componentes de la solución liquida son separados mediante vaporización y
condensación del liquido.
Fraccionamiento de Espumas
El fraccionamiento de espumas significa la separación de la materia coloidal
y suspendida por flotación y de la materia orgánica disuelta por adsorción.
Cuando se burbujea aire en le agua residual se produce espuma o bien esta es
inducida por productos químicos. Casi todos los compuestos orgánicos tienen
actividad de superficie estos tienden a concentrarse en la interfaces gas-liquido
y se eliminan junto con la espuma.
Congelación
La congelación es una operación de separación similar a la destilación. El
agua es rociada en una cámara que funciona al vacío. Parte del agua servida
se evapora y el efecto refrigerante produce cristales de hielo sin contaminantes
en el líquido que queda. Seguidamente se extrae el hielo y se funde por calor
de la condensación de los vapores de la fase de evaporización. En este
procedimiento se ha utilizado Butano y otros refrigerantes.
Intercambio Iónico
El intercambio iónico es un proceso en que los iones que se mantiene
unidos a grupos funcionales en la superficie del sólido por fuerzas
electrostáticas se intercambian por especies diferentes en disolución. Ya que la
desmineralización se puede llevar a cabo mediante intercambio iónico, es
posible utilizar procesos de tratamientos de corriente continua, en los que el
parte del agua servida del efluente se desmineraliza y se combina después con
parte del efluente que ha sido desviado del tratamiento para producir un
efluente de calidad especifica.
Tratamiento Electroquímico
En este proceso se mezcla el agua residual con agua de mar y se hace
pasar célula simple que contiene electrodos de carbón. En razón de las
densidades relativas del agua de mar y de la mezcla del agua de mar y
residual, la primera se acumula en la superficie del ánodo en la parte inferior de
la celular la ultima lo hace en la superficie del cátodo cerca de la parte superior
de la célula.
La corriente eleva el pH en el cátodo, precipitando con ello Fósforo y
Amoniaco. Las burbujas de hidrogeno generadas en el cátodo elevan el fango
a la superficie, donde es arrastrado y eliminado por métodos convencionales.
El cloro desarrollado en el ánodo de la celda desinfecta el efluente y la mezcla
sobrante de agua residual-de mar es seguidamente vertida al mar.
10. RECIPIENTES A PRESIÓN
10.1 Tipo de Recipientes
Existen numerosos tipos de recipientes que se utilizan en las plantas
industriales o de procesos. Algunos de estos tienen la finalidad de almacenar
sustancias que se dirigen o convergen de algún proceso, este tipo de
recipientes son llamados en general tanques. Los diferentes tipos de
recipientes que existen, se clasifican de la siguiente manera:
10.1.1 Por su uso:
Los podemos dividir en recipientes de almacenamiento y en recipientes
de procesos.
Los primeros nos sirven únicamente para almacenar fluidos a presión y
de acuerdo con sus servicios son conocidos como tanques de almacenamiento,
tanques de día, tanques acumuladores, etc.
10.1.2 Por su forma:
Los recipientes a presión pueden ser cilíndricos o esféricos. Los
primeros son horizontales o verticales y pueden tener en algunos casos,
chaquetas para incrementar o decrecer la temperatura de los fluidos según sea
el caso.
Los esféricos se utilizan generalmente como tanques de
almacenamiento, y se recomiendan para almacenar grandes volúmenes
esféricos a altas presiones. Puesto que la forma esférica es la forma natural
que toman los cuerpos al ser sometidos a presión interna esta sería la forma
más económica para almacenar fluidos a presión sin embargo en la fabricación
de estos es mucho más cara a comparación de los recipientes cilíndricos.
Los tipos más comunes de recipientes pueden ser clasificados de
acuerdo a su geometría como:
1.- Recipientes Abiertos.
1. Tanques Abiertos.
2.- Recipientes Cerrados.
2.1 Tanques cilíndricos verticales, fondo plano.
2.2 Recipientes cilíndricos horizontales y verticales con cabezas
formadas.
2.3 Recipientes esféricos.
Indicaremos algunas de las generalidades en el uso de los tipos más comunes
de recipientes:
Recipientes abiertos: Los recipientes abiertos son comúnmente
utilizados como tanque igualador o de oscilación como tinas para dosificar
operaciones donde los materiales pueden ser decantados como:
desecadores, reactores químicos, depósitos, etc.
Obviamente este tipo de recipiente es más que el recipiente cerrado de
una misma capacidad y construcción. La decisión de que un recipiente
abierto o cerrado es usado dependerá del fluido a ser manejado y de la
operación. Estos recipientes son fabricados de acero, cartón, concreto.
Sin embargo en los procesos industriales son construidos de acero por
su bajo costo inicial y fácil fabricación.
Recipientes cerrados: Fluidos combustibles o tóxicos o gases finos
deben ser almacenados en recipientes cerrados. Sustancias químicas
peligrosas, tales como ácidos o sosa cáustica son menos peligrosas si son
almacenadas en recipientes cerrados.
Tanques cilíndricos de fondo plano: El diseño en el tanque cilíndrico
vertical operando a la presión atmosférica, es el tanque cilíndrico con un
techo cónico y un fondo plano descansando directamente en una
cimentación compuesta de arena, grava o piedra triturada. En los casos
donde se desea usar una alimentación de gravedad, el tanque es levantado
arriba del terreno y el fondo plano debe ser incorporado por columnas y
vigas de acero.
Recipientes cilíndricos horizontales y verticales con cabezas formadas: Son usados cuando la presión de vapor del líquido manejado
puede determinar un diseño más resistente. Varios códigos han sido
desarrollados o por medio de los esfuerzos del API y el ASME para
gobernar el diseño de tales recipientes. Una gran variedad de cabezas
formadas son usadas para cerrar los extremos de los recipientes cilíndricos.
Las cabezas formadas incluyen la semiesférica, elíptica, toriesférica, cabeza
estándar común y toricoidal. Para propósitos especiales de placas planas
son usadas para cerrar un recipiente abierto. Sin embargo las cabezas
planas son raramente usadas en recipientes grandes.
Recipientes esféricos: El almacenamiento de grandes volúmenes bajo
presiones materiales son normalmente de los recipientes esféricos. Las
capacidades y presiones utilizadas varían grandemente. Para los recipientes
mayores el rango de capacidad es de 1000 hasta 25000 Psi (70.31 -
1757.75 Kg/cm²).
Y de 10 hasta 200 Psi (0.7031 - 14.06 Kg/cm²) para los recipientes
menores.
Cuando una masa dada de gas esta almacenada bajo la presión es obvio
que el volumen de almacenamiento requerido será inversamente proporcional a
la presión de almacenamiento.
En general cuando para una masa dada, el recipiente esférico es más
económico para grandes volúmenes y bajas presiones de operación.
A presiones altas de operación de almacenamiento, el volumen de gas es
reducido y por lo tanto en tipo de recipientes cilíndricos es más económico.
10.2 Tipos de tapas de recipientes bajo presión interna
Los recipientes sometidos a presión pueden estar construidos por
diferentes tipos de tapas o cabezas. Cada una de estas es más recomendable
a ciertas condiciones de operación y costo monetario.
10.2.1 Tapas planas:
Se utilizan para recipientes sujetos a presión atmosférica, generalmente,
aunque en algunos casos se usan también en recipientes a presión. Su costo
entre las tapas es el más bajo. Se utilizan también como fondos de tanques de
almacenamiento de grandes dimensiones.
10.2.2 Tapas toriesfericas:
Son las de mayor aceptación en la industria, debido a su bajo costo y a
que soportan grandes presiones manométricas, su característica principal es
que el radio del abombado es aproximadamente igual al diámetro. Se pueden
fabricar en diámetros desde 0.3 hasta 6 mts. (11.8 - 236.22 pulgs.).
10.2.3 Tapas semielipticas:
Son empleadas cuando el espesor calculado de una tapa toriesfericas es
relativamente alto, ya que las tapas semielipticas soportan mayores presiones
que las toriesfericas. El proceso de fabricación de estas tapas es troquelado, su
silueta describe una elipse relación 2:1, su costo es alto y en México se
fabrican hasta un diámetro máximo de 3 mts.
10.2.4 Tapas semiesféricas:
Utilizadas exclusivamente para soportar presiones críticas, como su
nombre lo indica, su silueta describe una media circunferencia perfecta, su
costo es alto y no hay límite dimensional para su fabricación.
10.2.4.1. Tapa 80:10:
México no se cuentan con prensas lo suficientemente grande, para
troquelar tapas semielipticas 2:1 de dimensiones relativamente grandes, hemos
optado por fabricar este tipo de tapas, cuyas características principales son: El
radio de abombado es el 80% de diámetro y el radio de esquina o de nudillos
es igual a el 10% del diámetro. Estas tapas las utilizamos como equivalentes a
la semielipticas 2:1.
10.2.4.2. Tapas cónicas:
Se utilizan generalmente en fondos donde pudiese haber acumulación
de sólidos y como transiciones en cambios de diámetro de recipientes
cilíndricos. Su uso es muy común en torres fraccionadoras o de destilación, no
hay límites en cuanto a dimensiones para su fabricación y su única limitación
consiste en que el ángulo de vértice no deberá de ser calculado como tapa
plana.
10.2.4.3. Tapas toriconicas:
A diferencia de las tapas cónicas, este tipo de tapas tienen en su
diámetro, mayor radio de transición que no deberá ser menor al 6% del
diámetro mayor ó 3 veces el espesor. Tiene las mismas restricciones que las
cónicas a excepción de que en México no se pueden fabricar con un diámetro
mayor de 6 mas.
10.2.4.4. Tapas planas con ceja:
Estas tapas se utilizan generalmente para presión atmosférica, su costo
es relativamente bajo, y tienen un límite dimensional de 6 mts. De diámetro
máximo.
10.2.4.5. Tapas únicamente abombadas:
Son empleadas en recipientes a presión manométrica relativamente
baja, su costo puede considerarse bajo, sin embargo, si se usan para soportar
presiones relativamente altas, será necesario analizar la concentración de
esfuerzos generada, al efectuar un cambio brusco de dirección.
10.3. CRITERIOS DE DISEÑO
MATERIALES PARA RECIPIENTES A PRESION
Especificaciones de los aceros
Los aceros al carbón y de baja aleación son usualmente usados donde
las condiciones de servicio lo permitan por los bajos costos y la gran
utilidad de estos aceros.
Los recipientes a presión pueden ser fabricados de placas de acero
conociendo las especificaciones de SA-7, SA-113 C y SA-283 A, B, C, y
D, con las siguientes consideraciones:
1.- Los recipientes no contengan líquidos ó gases letales.
2.- La temperatura de operación está entre -20 y 650°F.
3.- El espesor de la placa no exceda de 5/8"
4.- El acero sea manufacturado por horno eléctrico u horno abierto.
5.- El material no sea usado para calderas.
Uno de los aceros más usados en los propósitos generales en la
construcción de recipientes a presión es el SA-283 C.
Estos aceros tienen una buena ductilidad, fusión de soldadura y
fácilmente máquinables. Este es también uno de los aceros más
económicos apropiados para recipientes a presión; sin embargo, su uso
es limitado a recipientes con espesores de placas que no excedan de
5/8" para recipientes con un gran espesor de cascarón y presión de
operación moderadas el acero SA-285 C es muy usado. En el caso de
presiones altas o diámetros largos de recipientes, un acero de alta
resistenciapuede ser usado como el acero SA-212 B es conveniente
para semejantes aplicaciones y requiere un espesor de cascarón de
solamente de 790% que el requerido por el SA-285 C. Este acero es
también fácilmente fabricado pero es más caro que otros aceros.
El acero SA-283 no puede ser usado en aplicaciones con temperaturas
sobre 650°F; el SA-285 no puede ser usado en aplicaciones con
temperaturas que excedan de 900°F, y el SA-212 tiene muchos
esfuerzos permisibles bajos en las temperaturas más altas, por lo que el
acero para temperaturas entre 650 y 1000°F.
El acero SA-204, el cual contiene 0.4 a 0.6% de molibdeno es
satisfactorio y tiene buenas cualidades. Para temperaturas de servicio
bajas (-50 a -150°F) un acero niquelado tal como un SA-203 puede ser
usado. Los esfuerzos permisibles para estos aceros no están
especificados por temperaturas bajas de -20°F. Normalmente el
fabricante hace pruebas de impacto para determinar la aplicación del
acero y fracturas a bajas temperaturas.
En la etapa de diseño de recipientes a presión, la selección de los
materiales de construcción es de relevante importancia, para lo cual
necesitamos definir una secuencia lógica para la selección de estos.
Así pues realizaremos un breve análisis de la filosofía a que sigue la
ASME, para seleccionar sus materiales y por consiguiente para
especificarlos como adecuados en la construcción de los recipientes a
presión.
10.3.1 Clases de materiales
El código ASME indica la forma de suministro de los materiales más
utilizados, lo cual va implícita en su especificación. A continuación se dan
algunos ejemplos de materiales, su especificación y forma de suministro. Ver
tabla USC-23.
Debido a la existencia de diferentes materiales disponibles en el
mercado, en ocasiones no resulta sencilla la tarea de seleccionar el material ya
que deben considerarse varios aspectos como costos, disponibilidad de
material, requerimientos de procesos y operación, facilidad de formato, etc.
Así pues es necesario una explicación más amplia acerca del criterio de
la selección de los materiales que pueden aplicarse a los recipientes como:
10.3.1.1 Aceros al carbón
Es el más disponible y económico de los aceros, recomendables para la
mayoría de los recipientes donde no existen altas presiones ni temperaturas.
10.3.1.2. Aceros de baja aleación
Como su nombre lo indica, estos aceros contienen bajos porcentajes de
elementos de aleación como níquel, cromo, etc. Y en general están fabricados
para cumplir condiciones de uso específico. Son un poco más costosos que los
aceros al carbón. Por otra parte no se considera que sean resistentes a la
corrosión, pero tienen mejor comportamiento en resistencia mecánica para
rangos más altos de temperaturas respecto a los aceros al carbón.
10.3.1.3. Aceros de alta aleación
Comúnmente llamados aceros inoxidables. Su costo en general es
mayor que para los dos anteriores. El contenido de elementos de aleación es
mayor, lo que ocasiona que tengan alta resistencia a la corrosión.
10.3.1.4. Materiales no ferrosos
El propósito de utilizar este tipo de materiales es con el fin de manejar
sustancias con alto poder corrosivo para facilitar la limpieza en recipientes que
procesan alimentos y proveen tenacidad en la entalla en servicios a baja
temperatura.
10.4. Propiedades que deben tener los materiales para satisfacer las condiciones de servicio
10.4.1.Propiedades mecánicas
Al considerar las propiedades mecánicas del material es deseable que
tenga buena resistencia a la tensión, alto nivel de cedencia, por cierto de
alargamiento alto y mínima reducción de área. Con estas propiedades
principales se establecen los esfuerzos de diseño para el material en cuestión.
10.4.2. Propiedades físicas
En este tipo de propiedades se buscará que el material deseado tenga
coeficiente de dilatación térmica.
10.4.3. Propiedades químicas
La principal propiedad química que debemos considerar en el material que
utilizaremos en la fabricación de recipientes a presión es su resistencia a la
corrosión. Este factor es de muchísima importancia ya que un material mal
seleccionado nos causará muchos problemas, las consecuencias que se
derivan de ello son:
a. Reposición del equipo corroído. Un material que no sea resistente al
ataque corrosivo puede corroerse en poco tiempo de servicio.
b. Sobre diseño en las dimensiones. Para materiales poco resistentes al
ataque corrosivo puede ser necesario dejar un excedente en los
espesores dejando margen para la corrosión, esto trae como
consecuencia que los equipos resulten más pegados, de tal forma que
encarecen el diseño además de no ser siempre la mejor solución.
c. Mantenimiento preventivo. Para proteger los equipos del medio corrosivo
es necesario usar pinturas protectoras.
d. Paros debido a la corrosión de equipos. Un recipiente a presión que ha
sido atacado por la corrosión necesariamente debe ser retirado de
operación, lo cual implica las pérdidas en la producción.
e. Contaminación o pérdida del producto. Cuando los componentes de los
recipientes a presión se han llegado a producir perforaciones en las
paredes metálicas, los productos de la corrosión contaminan el producto,
el cual en algunos casos es corrosivo.
10.4.4. Evaluación de los materiales sugeridos
Vida estimada de la planta
Duración estimada del material
Confiabilidad del material
Disponibilidad y tiempo de entrega del material
Costo del material
Costo de mantenimiento e inspección
TABLA 3.1
TEMPERATURA
EN °C
TEMPERATURA
EN °F
MATERIAL PARA
CASCARON
CABEZAS Y
PLANTILLAS DE
REFUERZO
-67 a -46.1 -90 a -51 SA-203 B* SA-203 A
-45.6 a -40.5 -50 a -41 SA-516-65 SA-203 B
-40 a 15.6 -40 a +60 SA-516-70+ SA-516-65
15.6 a 343 +60 a 650 SA-285-C SA-515-70
344 a 412.8 -651 a +775 SA-515-70
Para espesores mayores de 51 mm llevarán relevado de esfuerzos.
+ Para temperaturas de -20°F llevará relevado de esfuerzos.
10.5. Aceros recomendables para diferentes temperaturas
10.5.1. Concepto de esfuerzo admisible
Esfuerzos admisibles
Son los grados de exactitud con los cuales las cargas pueden ser
estimadas, la confiabilidad de los esfuerzos estimados para estas cargas, la
uniformidad del material, el peligro a la falla ocurre y en otras consideraciones
como:
Esfuerzos locales con concentración de esfuerzos, fatiga y corrosión.
Para materiales que sean sometidos a temperaturas inferiores al rango de
termo fluencia los esfuerzos admisibles se pueden considerar con el 25% de la
resistencia a la tensión o el 62.5% de la resistencia a la cedencia a la
temperatura de operación. Los materiales usados para anclaje en el rango de
temperatura de -20 a 400°F (-28.88 a 204.44°C) se considera que es un 20%
de la resistencia a la cedencia.
El porcentaje de resistencia a la cedencia usando como esfuerzo
admisble es controlado por un número de factores tales como la exactitud con
la cual la carga de confiabilidad de los esfuerzos con frecuencia se usa un
esfuerzo admisible para aceros estructurales.
Adm.= Sy ó adm= 2 Sy 2 3
11. BOMBAS
Una bomba es una turbo máquina generadora para líquidos. La bomba
se usa para transformar la energía mecánica en energía hidráulica.
La bombas se emplean para bombear toda clase de líquidos, (agua,
aceites de lubricación, combustibles ácidos, líquidos alimenticios, cerveza,
leche, etc.), éste grupo constituyen el grupo importante de l as bombas
sanitaria. También se emplean las bombas para bombear los líquidos espesos
con sólidos en suspensión, como pastas de papel, melazas, fangos,
desperdicios, etc.
Un sistema de bombeo puede definirse como la adición de energía a un
fluido para moverse o trasladarse de un punto a otro. Una bomba centrífuga es
una máquina que consiste en un conjunto de paletas rotatorias encerradas
dentro de una caja o cárter; o una cubierta o carcasa. Las paletas imparten
energía al fluido por la fuerza centrífuga.
Uno de los factores más importantes que contribuyen al creciente uso de
bombas centrífugas ha sido el desarrollo universal de la fuerza eléctrica.
11.1. Descripción de las Bombas Centrífugas y de Flujo Axial:
El elemento rotativo de una bomba centrífuga se denomina impulsor. La
forma del impulsor puede forzar al agua salir en un plano perpendicular a su eje
(flujo radial); puede dar al agua una velocidad con componentes tanto axial
como radial (flujo mixto) o puede inducir un flujo en espiral en cilindros
coaxiales según la dirección del eje (flujo axial). Normalmente, a las máquinas
con flujo radial o mixto se les denomina bombas centrífugas, mientras a las de
flujo axial se las llama bombas de flujo axial o bombas de hélice.
Los impulsores de las bombas radiales y de las mixtas pueden abiertos o
cerrados. Los impulsores abiertos consisten en un eje al cual están unidos los
álabes, mientras que los impulsores cerrados tienen láminas (o cubiertas) a
cada lado de los álabes.
Las bombas de flujo radial tienen una envolvente helicoidal, que se
denomina voluta, que quía el flujo desde el impulsor hasta el tubo de descarga.
El incremento de la sección transversal a lo largo de la envolvente tiende a
mantener constante la velocidad en su interior.
Algunas bombas tienen álabes difusores en la voluta. Estas bombas son
conocidas como turbo bombas.
Las bombas pueden ser unicelulares o multicelulares. Una bomba
unicelular tiene un único impulsor, mientras que una multicelular tiene dos o
mas impulsores dispuestos de forma que la salida de uno de ellos va a la
entrada siguiente.
Es necesario emplear una disposición apropiada de las tuberías de
aspiración y descarga para que una bomba centrífuga funcione con su máximo
rendimiento. Por motivos económicos, el diámetro de la cubierta de la bomba
en la aspiración y descarga suele ser menor que el del tubo al cual se conecta.
Si existe un reductor horizontal entre la aspiración y la bomba, deberá utilizarse
un reductor excéntrico para evitar la acumulación de aire.
Deberá instalarse una válvula de pie (válvula de registro) en el tubo de
aspiración para evitar que el agua abandone la bomba si ésta se detiene. La
tubería de descarga suele incorporar una válvula de registro una válvula de
cierre. La válvula de registro evita que se cree un flujo de retorno a través de la
bomba en caso de que halla una caída de potencia. Las tuberías de aspiración
que toman agua de un depósito duelen tener un filtro para prevenir la entrada
de partículas que pudieran atascar la bomba.
Las bombas de flujo axial suelen tener solo dos o cuatro palas, por lo
que tienen grandes conductos sin obstáculos, que permiten trabajar con agua
que contengan elementos sólidos sin que se produzca atascos. Los álabes de
algunas bombas axiales grandes son ajustables para permitir fijar la inclinación
que dé el mejor rendimiento bajo condiciones reales.
11.2. Altura Desarrollada por una Bomba:
La h desarrollada por una bomba se determina midiendo la presión en la
aspiración y en la salida de la bomba, calculando las velocidades mediante la
división del caudal de salida entre las respectivas áreas de las secciones
transversales y teniendo en cuenta la diferencia de altura entre la aspiración y
la descarga. La altura neta h suministrada por la bomba al fluido es:
Donde los subíndices d y as se refieren a la descarga y aspiración de la
bomba. Si las tuberías de descarga y aspiración son del mismo tamaño, las
componentes de la altura correspondiente a la velocidad se cancelan, sin
embargo en general la tubería de entrada es mayor que la de salida.
Ecuación N° 1
La normativa de ensayo indica que la altura desarrollada por una bomba
es la diferencia entre la carga en la entrada y en la salida. Sin embargo, las
condiciones del flujo en la brida de salida son normalmente demasiado
irregulares para tomar medidas de presión precisas, y es más seguro medir la
presión alejándose de la bomba diez o más veces el diámetro del tubo y añadir
una estimación de la pérdida por fricción para esa longitud del tubo.
En la entrada algunas veces existe pre-rotación en la zona del tubo
cercana a la bomba y esto puede hacer que las lecturas depresión obtenidas
con un instrumento de medida sean diferentes a la presión media real en dicha
sección.
11.3.Rendimiento de las Bombas:
Cuando un líquido fluye a través de una bomba, sólo parte de la energía
comunicada por el eje del impulsor es transferida el fluido. Existe fricción en los
cojinetes y juntas, no todo el líquido que atraviesa la bomba recibe de forma
efectiva la acción del impulsor, y existe una perdida de energía importante
debido a la fricción del fluido. Ésta pérdida tiene varias componentes,
incluyendo las pérdidas por choque a la entrada del impulsor, la fricción por el
paso del fluido a través del espacio existente entre las palas o álabes y las
pérdidas de alturas al salir el fluido del impulsor. El rendimiento de una bomba
es bastante sensible a las condiciones bajo las cuales esté operando. El
rendimiento h de una bomba viene dado por:
Donde g, Q y h se definen de forma habitual; T es el par ejercido por el
motor sobre el eje de la bomba y w el régimen de giro del eje en radianes por
segundos
Ecuación N° 2
11.4. Características del Funcionamiento de las Bombas a Velocidad Constante:
El rendimiento de una bomba varía considerablemente dependiendo de
las condiciones bajo las cuales esté operando. Por tanto, cuando se selecciona
una bomba para una situación dada, es importante que la persona encargada
de realizar dicha selección tenga información relativa el funcionamiento de las
distintas bombas entre las que vaya a realizarse la elección. El fabricante de
bombas suele tener información de este tipo, basada en ensayos de
laboratorio, sobre su catálogo de bombas estándar.
Sin embargo, algunas veces las bombas de gran capacidad se fabrican
a medida. A menudo se fabrica y se ensaya un modelo de tal bomba entes de
realizar el diseño final del prototipo de la bomba. Aun cuando algunas bombas
centrífugas son accionadas por motores de velocidad variable, la forma mas
frecuente de operación de las bombas es a velocidad constante.
La forma de los impulsores y de los álabes y su relación con la
envolvente de la bomba dan lugar a variaciones en la intensidad de las
pérdidas por choque, la fricción del fluido y la turbulencia. Dichos parámetros
varía con la altura y el caudal, siendo responsables de las grandes
modificaciones en las características de las bombas. La altura en vacío es la
que desarrolla la bomba cuando no hay flujo. En el caso de las bombas
centrífugas de flujo mixto, la altura en vacío es alrededor de un 10 por 100
mayor que la altura normal, que es la que corresponde al punto de máximo
rendimiento, mientras que en el caso de las bombas de flujo axial la altura en
vacío puede ser hasta tres veces la altura normal.
La elección de una bomba para condiciones determinadas dependerá de
la velocidad de giro del motor que la acciona. Si la curva característica de una
bomba para una velocidad de giro dada es conocida, la relación entre la altura
y el caudal para velocidades de giro distintas puede deducirse a partir de
ecuaciones.
11.5. Punto de Funcionamiento de una Bomba:
La manera en la que una bomba trabaja depende no sólo de las
características de funcionamiento de la bomba, sino también de las
características del sistema en el cual vaya a trabajar. Para el caso de una
bomba dada, mostramos las características de funcionamiento de la bomba (h
respecto a Q) para una velocidad de operación dada, normalmente cercana a
la velocidad que da el rendimiento máximo.
También mostramos la curva característica del sistema (es decir, la
altura de bombeo requerida respecto a Q). En este caso, la bomba está
suministrando líquido a través de un sistema de tuberías con una altura estática
D z. La altura que la bomba debe desarrollar es igual a la elevación estática
mas la pérdida total de carga en el sistema de tuberías (aproximadamente
proporcional) a Q²). La altura de funcionamiento de la bomba real y el caudal
son determinados por la intersección de las dos curvas.
Los valores específicos de h y Q determinados por esta intersección
pueden ser o no ser los de máximo rendimiento. Si no lo son, significa que la
bomba no es exactamente la adecuada para esas condiciones específicas.
El punto de funcionamiento o punto óptimo de una bomba solo dinámica
es el de la curva H – Q que corresponde a un rendimiento máximo. Cuanto mas
empinada se la curva H – Q, mas significativo será el efecto de cualquier
cambio de altura en el punto de funcionamiento.
11.6. Cavitación en las Bombas:
Un factor importante para el funcionamiento satisfactorio de una bomba
es evitar la cavitación, tanto para obtener un buen rendimiento como para evitar
daños en el impulsor. Cuando un líquido pasa por el impulsor de una bomba,
se produce un cambio de presión. Si la presión absoluta de un líquido cae por
debajo de s presión de vapor, se producirá cavitación. Las zonas de
vaporización obstruyen el flujo limitando la capacidad de la bomba.
Cuando el fluido avanza a una zona de mayor presión, las burbujas
colapsan y su implosión puede producir un picado del impulsor la cavitación
suele producirse con más frecuencia cerca de la salida (periferia) de los
impulsores de flujo radial y mixto, donde se alcanzan las velocidades mayores.
También puede aparecer en la aspiración del impulsor, donde las presiones
son menores. En el caso de las bombas de flujo axial, l parte más vulnerable a
la cavitación es el extremo de los álabes.
Para las bombas se define el parámetro de cavitación como para evitar
que se produzca cavitación, la bomba debe funcionar de manera que s sea
mayor que s c. Esto puede conseguirse seleccionando el tipo, tamaño de
bomba y la velocidad de funcionamiento adecuados, y situando la bomba en el
punto y a la elevación correcta dentro del sistema.
La expresión para s indica que s tenderá a ser pequeño (por lo que
existirá la posibilidad de cavitación) en las siguientes situaciones: a) grandes
alturas de bombeo; b) presión atmosférica; c) grandes valores de ze, es decir,
cuando la bomba se encuentra a una elevación relativamente grande
comparada con la elevación de la superficie del agua del depósito; e)valores
grandes de presión de vapor, es decir, altas temperaturas y/o bombeo de
líquidos muy volátiles como gasolina.
La cavitación ocurre cuando la presión absoluta dentro de un impulsor
cae por debajo de la presión del vapor del líquido y se forman burbujas de
vapor. Estos se contraen más adelante en los álabes del impulsor cuando
llegan a una región de dispersión más alta. La (MPS)r mínima para una
capacidad y velocidad dadas se define como la diferencia entre la carga
absoluta de succión y la presión de vapor del líquido bombeado a la
temperatura de bombeo y que es necesario para evitar la cavitación.
Ecuación N° 3
La cavitación de la bomba se nota cuando hay uno o más de las
siguientes señales: ruido, vibración, caída en la curva de capacidad de carga y
eficiencia, con el paso del tiempo, por los daños en el impulsor por picaduras y
erosión. Como todas estas señales son inexactas, se hizo necesario aplicar
ciertas reglas básicas para establecer cierta uniformidad en la detección de la
cavitación.
11.7. Efecto de la Viscosidad en las bombas:
Las bombas centrífugas también se utilizan para bombear líquidos con
viscosidades diferentes a las del agua. Al aumentar la viscosidad, la curva
altura caudal se hace mas vertical y que la potencia requerida aumenta. La
línea discontinua indica los puntos de máximos rendimiento para cada curva.
Se observa que tanto la altura como el caudal disminuyen en el punto
máximo de rendimiento.
Dos de las principales pérdidas en una bomba centrífuga son por fricción
con el fluido y fricción con el disco. Estas pérdidas varían con la viscosidad del
líquido de manera que la carga – capacidad de salida, así como de la toma
mecánica difiere de los valores que se obtienen cuando se maneja agua.
Es necesario, sin embargo, conocer las tres unidades diferentes que pueden
encontrarse para describir la viscosidad de un líquido en especial:
1. Segundos Saybolt Universal, o SSU
2. Centistokes – que define la viscosidad cinemática.
3. Centiposes – que definen la viscosidad absoluta.
Se han hecho muchas pruebas experimentales para determinar el efecto de
la viscosidad del líquido en el funcionamiento de diversas bombas centrífugas.
Aun con datos muy extensos sobre el efecto de la viscosidad.
Es difícil predecir con precisión el funcionamiento de una bomba cuando
maneje un fluido viscoso de su comportamiento cuando emplea agua fría.
Cuando se aplican bombas ordinarias de agua fría para usarse en el bombeo
de líquidos viscosos, se debe tener cuidado para asegurarse de que el diseño
de la flecha es lo bastante fuerte para la potencia necesaria, que puede ser un
considerable esfuerzo en los caballos de fuerza al freno para agua fría, aunque
pueda ser el peso específico del líquido menor que el del agua.
11.8. Selección de Bombas:
Al seleccionar bombas para una aplicación dada, tenemos varias bombas
entre las que elegir. Haremos lo posible para seleccionar una bomba que opere
con un rendimiento relativamente alto para las condiciones de funcionamiento
dadas.
Los parámetros que se deben investigar incluyen la velocidad específica Ns,
el tamaño D del impulsor y la velocidad de operación n. Otras posibilidades son
el uso de bombas multietapa, bombas en serie, bombas en paralelo, etc.
Incluso, bajo ciertas condiciones, limitar el flujo en el sistema puede producir
ahorros de energía.
El objetivo es seleccionar una bomba y su velocidad de modo que las
características de funcionamiento de la bomba en relación al sistema en el cual
opera sean tales que el punto de funcionamiento esté cerca del PMR (punto de
máximo de rendimiento). Esto tiende a optimizar el rendimiento de la bomba,
minimizando el consumo de energía.
El punto de operación puede desplazarse cambiando la curva características
de la bomba, cambiando la curva característica del sistema o cambiando
ambas curvas. La curva de la bomba puede modificarse cambiando la
velocidad de funcionamientos de una bomba dada o seleccionando una bomba
distinta con características de funcionamiento diferentes. En algunos casos
puede ser una ayuda ajustar el impulsor, es decir, reducir algo su diámetro,
alrededor de un 5 por 100, mediante rectificado. Este impulsor más reducido se
instala en la cubierta original. La curva característica del sistema puede
cambiarse modificando el tamaño de la tubería o estrangulando el flujo.
Una complicación que se presenta a menudo es que los niveles de ambos
extremos del sistema no se mantienen constantes, como ocurre si los niveles
de los depósitos fluctúan. En tal caso es difícil alcanzar un rendimiento alto
para todos los modos de funcionamiento. En casos extremos a veces se utiliza
un motor con velocidad variable.
El procedimiento de selección de una bomba que permita una recirculación
segura es:
1. selecciones una bomba que produzca el flujo de descarga Qa deseado.
La curva E es la característica de carga y capacidad de la bomba y la
curva a es la de carga del sistema para la descarga hacia el tanque A. La
bomba funciona con una carga de Hop.
2. para incluir recirculación continua en el sistema de bombeo, hay que
aumentar el caudal de la bomba con la carga Hop de funcionamiento para
mantener una descarga de Qa hacia el tanque A y, al mismo tiempo, una
recirculación Qb de retorno al tanque B. Para lograrlo, se selecciona el
tamaño inmediato mayor de impulsor con la curva de rendimiento F.
3. si se conoce el flujo Qb con la curva Hop de funcionamiento para orificio
y tubo de recirculación, el flujo de recirculación Qs, en el punto de corte de
la bomba se puede determinar con:
En donde H, es la carga de corte de la bomba con la curva de rendimiento
F.
4. Calcúlese el flujo mínimo seguro, Qmin, para la bomba con curva de
rendimiento F y la ecuación (2) y conviértase Wmin a Qmin.
5. Compárese la recirculación, Qs, en el punto de corte de la bomba contra
el flujo seguro mínimo, Qmin. Si Qs, es mayor que o igual a Qmin, esto
concluye el proceso de selección.
Ecuación N° 4
Si Q, es menor que Qmin, selecciónese el tamaño inmediato
mayor de impulsor y repítase los pasos 3, 4 y 5 hasta
Determinar el tamaño de impulsor que produzca la recirculación
mínima segura.
12. VALVULA
Una válvula se puede definir como un aparato mecánico con el cual se
puede iniciar, detener o regular la circulación (paso) de líquidos o gases
mediante una pieza movible que abre, cierra u obstruye en forma parcial uno o
más orificios o conductos.
Las válvulas son unos de los instrumentos de control más esenciales en
la industria. Debido a su diseño y materiales, las válvulas pueden abrir y cerrar,
conectar y desconectar, regular, modular o aislar una enorme serie de líquidos
y gases, desde los más simples hasta los más corrosivos o tóxicos. Sus
tamaños van desde una fracción de pulgada hasta 30 ft (9 m) o más de
diámetro. Pueden trabajar con presiones que van desde el vació hasta mas de
20000 lb/in² (140 Mpa) y temperaturas desde las criogénicas hasta 1500 °F
(815 °C). En algunas instalaciones se requiere un sellado absoluto; en otras,
las fugas o escurrimientos no tienen importancia.
La palabra flujo expresa el movimiento de un fluido, pero también
significa para nosotros la cantidad total de fluido que ha pasado por una
sección de terminada de un conducto. Caudal es el flujo por unidad de tiempo;
es decir, la cantidad de fluido que circula por una sección determinada del
conducto en la unidad de tiempo.
12.1 Válvula de control.
La válvula automática de control generalmente constituye el último
elemento en un lazo de control instalado en la línea de proceso y se comporta
como un orificio cuya sección de paso varia continuamente con la finalidad de
controlar un caudal en una forma determinada.
12.2. Partes de la válvula de control.
Las válvulas de control constan básicamente de dos partes que son: la parte
motriz o actuador y el cuerpo.
Actuador: el actuador también llamado accionador o motor, puede ser
neumático, eléctrico o hidráulico, pero los más utilizados son los dos
primeros, por ser las más sencillas y de rápida actuaciones.
Aproximadamente el 90% de las válvulas utilizadas en la industria son
accionadas neumáticamente. Los actuadores neumáticos constan
básicamente de un diafragma, un vástago y un resorte tal como se muestra
en la figura (1-a.). Lo que se busca en un actuador de tipo neumático es que
cada valor de la presión recibida por la válvula corresponda una posición
determinada del vástago. Teniendo en cuenta que la gama usual de presión
es de 3 a 15 lbs/pulg² en la mayoría de los actuadores se selecciona el área
del diafragma y la constante del resorte de tal manera que un cambio de
presión de 12 lbs/pulg², produzca un desplazamiento del vástago igual al
100% del total de la carrera.
Figura 1-a Actuador de una válvula de control.
Cuerpo de la válvula: este está provisto de un obturador o tapón, los
asientos del mismo y una serie de accesorios. La unión entre la válvula y la
tubería puede hacerse por medio de bridas soldadas o roscadas
directamente a la misma. El tapón es el encargado de controlar la cantidad
de fluido que pasa a través de la válvula y puede accionar en la dirección de
su propio eje mediante un movimiento angular. Esta unido por medio de un
vástago al actuador.
12.3. Categorías de válvulas.
Debido a las diferentes variables, no puede haber una válvula universal; por
tanto, para satisfacer los cambiantes requisitos de la industria se han creado
innumerables diseños y variantes con el paso de los años, conforme se han
desarrollado nuevos materiales. Todos los tipos de válvulas recaen en nueve
categorías: válvulas de compuerta, válvulas de globo, válvulas de bola, válvulas
de mariposa, válvulas de apriete, válvulas de diafragma, válvulas de macho,
válvulas de retención y válvulas de desahogo (alivio).
Estas categorías básicas se describen a continuación. Seria imposible
mencionar todas las características de cada tipo de válvula que se fabrica y no
se ha intentado hacerlo. Más bien se presenta una descripción general de cada
tipo en un formato general, se dan recomendaciones para servicio,
aplicaciones, ventajas, desventajas y otra información útil para el lector.
12.4. Válvulas de compuerta.
La válvula de compuerta es de vueltas múltiples, en la cual se cierra el
orificio con un disco vertical de cara plana que se desliza en ángulos rectos
sobre el asiento (fig. 1-1).
Figura 2-1 Válvula de compuerta.
12.4.1. Recomendada para
Servicio con apertura total o cierre total, sin estrangulación.
Para uso poco frecuente.
Para resistencia mínima a la circulación.
Para mínimas cantidades de fluido o liquido atrapado en la tubería.
12.4.2 Aplicaciones
Servicio general, aceites y petróleo, gas, aire, pastas semilíquidas,
líquidos espesos, vapor, gases y líquidos no condensables, líquidos corrosivos.
12.4.3 Ventajas
Alta capacidad.
Cierre hermético.
Bajo costo.
Diseño y funcionamiento sencillos.
Poca resistencia a la circulación.
12.4.4.. Desventajas
Control deficiente de la circulación.
Se requiere mucha fuerza para accionarla.
Produce cavitación con baja caída de presión.
Debe estar cubierta o cerrada por completo.
La posición para estrangulación producirá erosión del asiento y del
disco.
12.4.5. Variaciones
Cuña maciza, cuña flexible, cuña dividida, disco doble.
Materiales
Cuerpo: bronce, hierro fundido, hierro, acero forjado, Monel, acero
fundido, acero inoxidable, plástico de PVC.
Componentes diversos.
12.4.6. Instrucciones especiales para instalación y mantenimiento
Lubricar a intervalos periódicos.
Corregir de inmediato las fugas por la empaquetadura.
Enfriar siempre el sistema al cerrar una tubería para líquidos calientes y
al comprobar que las válvulas estén cerradas.
No cerrar nunca las llaves a la fuerza con la llave o una palanca.
Abrir las válvulas con lentitud para evitar el choque hidráulico en la
tubería.
Cerrar las válvulas con lentitud para ayudar a descargar los sedimentos
y mugre atrapados.
12.4.7. Especificaciones para el pedido
Tipo de conexiones de extremo.
Tipo de cuña.
Tipo de asiento.
Tipo de vástago.
Tipo de bonete.
Tipo de empaquetadura del vástago.
Capacidad nominal de presión para operación y diseño.
Capacidad nominal de temperatura para operación y diseño.
12.5. Válvulas de macho
La válvula de macho es de ¼ de vuelta, que controla la circulación por medio
de un macho cilíndrico o cónico que tiene un agujero en el centro, que se
puede mover de la posición abierta a la cerrada mediante un giro de 90° (fig. 1-
2).
Figura 2-2 Válvula de macho.
12.5.1. Recomendada para
Servicio con apertura total o cierre total.
Para accionamiento frecuente.
Para baja caída de presión a través de la válvula.
Para resistencia mínima a la circulación.
Para cantidad mínima de fluido atrapado en la tubería.
12.5.2. Aplicaciones
Servicio general, pastas semilíquidas, líquidos, vapores, gases,
corrosivos.
12.5.3.Ventajas
Alta capacidad.
Bajo costo.
Cierre hermético.
Funcionamiento rápido.
12.5.4.Desventajas
Requiere alta torsión (par) para accionarla.
Desgaste del asiento.
Cavitación con baja caída de presión.
12.5.5.Variaciones
Lubricada, sin lubricar, orificios múltiples.
Materiales
Hierro, hierro dúctil, acero al carbono, acero inoxidable, aleación 20,
Monel, níquel, Hastelloy, camisa de plástico.
12.5.6.Instrucciones especiales para instalación y mantenimiento
Dejar espacio libre para mover la manija en las válvulas accionadas con
una llave.
En las válvulas con macho lubricado, hacerlo antes de ponerlas en
servicio.
En las válvulas con macho lubricado, lubricarlas a intervalos periódicos.
12.5.7.Especificaciones para pedido
Material del cuerpo.
Material del macho.
Capacidad nominal de temperatura.
Disposición de los orificios, si es de orificios múltiples.
Lubricante, si es válvula lubricada.
12.6. Válvulas de globo
Una válvula de globo es de vueltas múltiples, en la cual el cierre se logra por
medio de un disco o tapón que sierra o corta el paso del fluido en un asiento
que suele estar paralelo con la circulación en la tubería (fig. 1-3).
Figura 2-3 Válvula de globo.
12.6.1. Recomendada para
Estrangulación o regulación de circulación.
Para accionamiento frecuente.
Para corte positivo de gases o aire.
Cuando es aceptable cierta resistencia a la circulación.
12.6.2. Aplicaciones
Servicio general, líquidos, vapores, gases, corrosivos, pastas semilíquidas.
12.6.3. Ventajas
Estrangulación eficiente con estiramiento o erosión mínimos del disco o
asiento.
Carrera corta del disco y pocas vueltas para accionarlas, lo cual reduce
el tiempo y desgaste en el vástago y el bonete.
Control preciso de la circulación.
Disponible con orificios múltiples.
12.6.4. Desventajas
Gran caída de presión.
Costo relativo elevado.
12.6.5. Variaciones
Normal (estándar), en "Y", en ángulo, de tres vías.
12.6.6. Materiales
Cuerpo: bronce, hierro, hierro fundido, acero forjado, Monel, acero inoxidable,
plásticos.
Componentes: diversos.
12.6.7. Instrucciones especiales para instalación y mantenimiento
Instalar de modo que la presión este debajo del disco, excepto en servicio con
vapor a alta temperatura.
12.7. Registro en lubricación.
Hay que abrir ligeramente la válvula para expulsar los cuerpos extraños
del asiento.
Apretar la tuerca de la empaquetadura, para corregir de inmediato las
fugas por la empaquetadura.
12.8. Especificaciones para el pedido
Tipo de conexiones de extremo.
Tipo de disco.
Tipo de asiento.
Tipo de vástago.
Tipo de empaquetadura o sello del vástago.
Tipo de bonete.
Capacidad nominal para presión.
Capacidad nominal para temperatura.
12.8. Válvulas de bola
Las válvulas de bola son de ¼ de vuelta, en las cuales una bola taladrada
gira entre asientos elásticos, lo cual permite la circulación directa en la posición
abierta y corta el paso cuando se gira la bola 90° y cierra el conducto (fig. 1-4).
Figura 2-4 Válvula de bola.
12.8.1. Recomendada para
Para servicio de conducción y corte, sin estrangulación.
Cuando se requiere apertura rápida.
Para temperaturas moderadas.
Cuando se necesita resistencia mínima a la circulación.
12.8.2. Aplicaciones
Servicio general, altas temperaturas, pastas semilíquidas.
12.8.3. Ventajas
Bajo costo.
Alta capacidad.
Corte bidireccional.
Circulación en línea recta.
Pocas fugas.
Se limpia por sí sola.
Poco mantenimiento.
No requiere lubricación.
Tamaño compacto.
Cierre hermético con baja torsión (par).
12.8.4. Desventajas
Características deficientes para estrangulación.
Alta torsión para accionarla.
Susceptible al desgaste de sellos o empaquetaduras.
Propensa a la cavitación.
12.8.5. Variaciones
Entrada por la parte superior, cuerpo o entrada de extremo divididos (partidos),
tres vías, Venturi, orificio de tamaño total, orificio de tamaño reducido.
12.8.6. Materiales
Cuerpo: hierro fundido, hierro dúctil, bronce, latón, aluminio, aceros al carbono,
aceros inoxidables, titanio, tántalo, zirconio; plásticos de polipropileno y PVC.
Asiento: TFE, TFE con llenador, Nylon, Buna-N, neopreno.
12.8.7. Instrucciones especiales para instalación y mantenimiento
Dejar suficiente espacio para accionar una manija larga.
12.8.8. Especificaciones para el pedido
Temperatura de operación.
Tipo de orificio en la bola.
Material para el asiento.
Material para el cuerpo.
Presión de funcionamiento.
Orificio completo o reducido.
Entrada superior o entrada lateral.
12.9. Válvulas de mariposa
La válvula de mariposa es de ¼ de vuelta y controla la circulación por medio de
un disco circular, con el eje de su orificio en ángulos rectos con el sentido de la
circulación (fig. 1-5).
Figura 2-5 Válvula de mariposa.
12.9.1. Recomendada para
Servicio con apertura total o cierre total.
Servicio con estrangulación.
Para accionamiento frecuente.
Cuando se requiere corte positivo para gases o líquidos.
Cuando solo se permite un mínimo de fluido atrapado en la tubería.
Para baja ciada de presión a través de la válvula.
12.9.2. Aplicaciones
Servicio general, líquidos, gases, pastas semilíquidas, líquidos con sólidos en
suspensión.
12.9.3. Ventajas
Ligera de peso, compacta, bajo costo.
Requiere poco mantenimiento.
Número mínimo de piezas móviles.
No tiene bolas o cavidades.
Alta capacidad.
Circulación en línea recta.
Se limpia por sí sola.
12.9.4. Desventajas
Alta torsión (par) para accionarla.
Capacidad limitada para caída de presión.
Propensa a la cavitación.
12.9.5. Variaciones
Disco plano, disco realzado, con brida, atornillado, con camisa completa, alto
rendimiento.
12.9.6. Materiales
Cuerpo: hierro, hierro dúctil, aceros al carbono, acero forjado, aceros
inoxidables, aleación 20, bronce, Monel.
Disco: todos los metales; revestimientos de elastómeros como TFE, Kynar,
Buna-N, neopreno, Hypalon.
Asiento: Buna-N, viton, neopreno, caucho, butilo, poliuretano, Hypalon, Hycar,
TFE.
12.9.7. Instrucciones especiales para instalación y mantenimiento
Se puede accionar con palanca, volante o rueda para cadena.
Dejar suficiente espacio para el movimiento de la manija, si se acciona con
palanca.
Las válvulas deben estar en posición cerrada durante el manejo y la
instalación.
12.9.8. Especificaciones para el pedido
Tipo de cuerpo.
Tipo de asiento.
Material del cuerpo.
Material del disco.
Material del asiento.
Tipo de accionamiento.
Presión de funcionamiento.
Temperatura de funcionamiento.
13. El MARPOL.
El Convenio Internacional para Prevenir la Contaminación por los
Buques, también llamado Convenio MARPOL, es el instrumento jurídico
internacional encargado de prevenir la contaminación del medio marino
producida por buques ya sea en el normal transcurso de sus actividades
económicas o por accidentes marítimos.
Su redactado actual comprende los tratados adoptados en 1973 y 1978
junto a una serie de protocolos adoptados posteriormente a fin de adaptar
jurídicamente la nueva realidad socioeconómica en el sector del transporte
marítimo de mercancías siempre bajo el auspicio de la Organización Marítima
Internacional, OMI, con sede en Londres.
El primer MARPOL, adoptado el 2 de noviembre de 1973, cubría la
contaminación producida por aceites, productos químicos, substancias
peligrosas y desechos. El Protocolo de 1978 se adoptó en febrero de ese año
como respuesta a una serie de accidentes producidos entre los años 1976 y
1977, y terminó por absorber el redactado original de modo que hoy se refiere
técnicamente a la combinación de ambos instrumentos con el nombre de
Convención Internacional para la Prevención de la Contaminación Marina
producida por Buques de 1973 modificada por el Protocolo de 1978 (en
adelante ‘la Convención).
La Convención comprende una serie de reglas que tienden a prevenir a
la vez que minimizar la contaminación de buques incluyendo seis diferenciados
anexos: primero, reglas para la prevención de contaminación producida por
aceites; segundo, reglas para el control de la contaminación por sustancias
líquidas contaminantes a granel; tercero, prevención de contaminación por
sustancias peligrosas transportadas por mar; cuarto, prevención de
contaminación por ‘sewage’ de buques; quinto, prevención de contaminación
por desechos de buques y sexto, prevención de contaminación del aire
producida por buques, no estando éste último aun en vigor. Parece interesante
resaltar en este punto que la Convención sólo establece como obligatorio para
los Estados Parte el aceptar los dos primeros anexos, dejando la aplicación de
los restantes a la libre elección de los mismos.
Desde que la primera convención entró en vigor, se han llevado a cabo
nada menos que 20 modificaciones del texto original, para con ello actualizar
contenido ya desfasado debido a los avances técnicos así como cubrir nuevas
necesidades no previstas por ser las mismas inexistentes en el momento de
redactar la Convención.
El MARPOL ha servido como marco de referencia para los distintos
Estados a la hora de desarrollar su propia legislación en materia de protección
del medio marino y aun a día de hoy sigue siendo el instrumento jurídico
internacional por excelencia en la materia. Países como España han tenido una
notable actividad legislativa para moldear el MARPOL y adaptarlo así a las
necesidades costeras de nuestro país.
Partiendo pues de lo establecido en la Convención de 1973 y los
subsiguientes Anexos y posteriores modificaciones, España ha sabido
aprovechar su calidad de Estado ribereño y proteger los casi 4.000 kilómetros
de costa por medio de varios instrumentos legislativos nacionales que a
continuación veremos.
13.1. Reglamentación Vigente
Actualmente, existe una directiva técnica de la Dirección General del
Territorio Marítimo y Marina Mercante (Directemar), con fecha del 07 de
Septiembre de 1993, con respecto a la contaminación acuática. Esta directiva
básicamente imparte instrucciones relacionadas con los equipos que se deben
exigir a los buques y artefactos navales para cumplir con dichos objetivos. La
directiva está basada en MARPOL 78/73, por lo tanto sólo mencionaremos que
existe. Es importante destacar el acuerdo a la información obtenida de la
autoridad pertinente, que ésta directiva comenzará a ser ley a partir de Abril de
1995. Y cuando MARPOL 73/78 entre en vigor, prevalecerá esta última.
El convenio MARPOL 73/78, está compuesto de 20 artículos principales,
de 10 artículos secundarios, 2 protocolos relativos a informes sobre incidentes
relacionados con sustancias dañinas y arbitraje, respectivamente, y 5 anexos
que contienen reglas para prevenir las distintas formas de contaminación
marina que se originen en los buques. Brevemente los 5 anexos tratan de lo
siguiente.
Anexo 1: Reglas Para Prevenir Contaminación Por Hidrocarburos
Posee 3 capítulos:
Generalidades, en que se definen una serie de términos, ámbito de
aplicación, certificados, etc.
Normas para controlar la contaminación, se definen como una serie de
reglas para controlar las descargas de hidrocarburos, métodos de
prevención, excepciones, instalaciones y servicios, etc.
Normas para reducir la contaminación, se refieren a averías supuestas,
derrame hipotético, disposición de tanques, compartimentado y
estabilidad, y certificados.
Anexo 2: Contaminación Por Sustancias Nocivas Líquidas Transportadas a
Granel
Posee 13 reglas que en líneas generales tratan definiciones, ámbito de
aplicación, clasificaciones, descargas, excepciones, instalaciones, medidas de
control, certificado, y adjunta listas de sustancias nocivas
Anexo 3: Contaminación Por Sustancias Perjudiciales Transportadas por
Vía Marítima en bultos, Contenedores, Tanques Portátiles y Camiones Cisterna
o Vagones Tanque.
Posee 8 reglas que se refieren al ámbito de aplicación, embalajes,
documentación, estiba, limitaciones, excepciones y notificación.
Anexo 4: Contaminación Por Aguas Sucias de los Buques
Posee 11 reglas que incluyen definiciones, ámbito de aplicación, certificados,
descargas, excepciones y modelos de certificados
Anexo 5: Contaminación Por Las Basuras de los Buques
Posee 7 reglas que abarcan definiciones, ámbito de aplicación, prescripciones
especiales, excepciones e instalaciones y servicios de recepción
Los anexos 1 y 2 del MARPOL, son obligatorios, mientras que el anexo
3, 4 y 5, son facultativos. Por lo tanto, los estados que han ratificado o se han
adherido al convenio deberán poner en efecto las disposiciones de los anexos
1 y 2, pero pueden optar por no adherirse a todos o algunos de los anexos 3, 4
y 5. Sin embargo, existe un artículo con respecto a la entrada en vigor de los
anexos facultativos, el cual señala que entrará en vigor 12 meses después de
la fecha en que por lo menos 15 estados cuyas flotas mercantes combinadas
constituyan no menos del 50% del tonelaje bruto de la marina mercante
mundial que se hayan hecho parte del MARPOL 73/78, incluyendo dicho
anexo.
Sin duda que de acuerdo al tema en cuestión, el anexo que más nos
interesa por el momento es el anexo 4, este anexo facultativo ha sido ratificado
por 24 estados cuyo tonelaje combinado de la flota mercante equivale
aproximadamente al 37.46% de la flota mercante mundial y, por lo tanto, falta
un 12.54% para que se cumplan las condiciones de su entrada en vigor.
1. MARCO LEGALEjemplo del enunciado: La presente investigación contará con un fundamento
jurídico- legal que enmarque las restricciones y libertades que presenta el
Estado venezolano
a los diferentes sectores productivos. Sector Primario: Adquiere la materia
prima. Sector Secundario: Es el transforma la materia prima en productos,
bienes y servicios. Sector Terciario: Encargado de comercializar o colocar
físicamente los productos, bienes y servicios en el mercado nacional.
Articulo(S)Después el análisis macro de todos articulos o por articulo
2. Términos básicos
Sistema: es el conjunto ordenado, sistematizados de elementos que
conforman un todo en sus partes. (Diccionario de ingeniería 2008)
TratamientoAguas servidasBombasContaminación AmbientePlataforma petrolera
3. SISTEMA DE VARIABLES
VARIABLE: Sistema de Tratamiento
DEFINICIÓN CONCEPTUAL DE LA VARIABLE
1er apellido del autor, año, pág define el Sistema de Tratamiento como “_______________________________________________________________________________________________”
DEFINICIÓN OPERACIONAL DE LA VARIABLE
El análisis o interpretación de ustedes como investigadores
De acuerdo con el autor antes mencionado el sistema de tratamiento no es
más que ___________________________________
CUADRO Nº OPERACIONALIZACIÓN DE LAS VARIABLESObjetivo General: Diseñar un sistema de tratamiento de aguas servidas para una plataforma petrolera.
Objetivos Específicos Variables Dimensiones Sub-dimensiones Indicadores
Diagnosticar la situación actual de las aguas
servidas en plataforma petroleras. SISTEMA
DE TR
ATA
MIEN
TO D
E AG
UA
S SERVID
AS
Calidad del agua servida
aguas contaminadas
- Demanda bioquímica orgánica- Alcalinidad - --
Evaluar el tratamiento más adecuado para
las aguas servidas en plataformas
petroleras.Evaluación del
tratamiento para
aguas servidas
Pre-aireación
Floculación
Sedimentación
Tratamiento
biológico
Cloración
- separación de grasas- control de olores- unión de las partículas- eliminación de sólidos - separación de partículas- estabilización de la materia orgánica
Seleccionar los componentes de sistema de
tratamientos de aguas servidas para
plataformas petroleras. Componentes del
sistema de
tratamiento
Tanques de
almacenamiento
Recipientes
Bombas
Tuberías
Válvulas
Fuente: Pernalette y Uzcategui (2009).
